超新星爆发中的对称能研究

摘要

本文综述了一维球对称模型下铁核坍缩型超新星爆发理论，包括恒星的演化、铁核坍缩型超新星的前身星演化、铁核的坍缩、反弹激波的形成与传播以及中微子效应等。同时还介绍了王贻仁小组自行研制的铁核坍缩型超新星爆发数值模拟程序“SNⅡ-WLYW89”，简述了相关的数值模拟问题尤其是物态方程中物质要经历的几个变化过程:四粒子统计平衡态，均匀核物质状态，三粒子平衡态。本文还着重介绍对称能的相关理论研究，并讨论对称能对物态方程以及整个超新星爆发过程的影响。
　　物态方程在铁核坍缩型超新星爆发过程中起着举足轻重的作用，它支配着引力坍缩、反弹激波的形成与传播。通过对物态方程中的对称能进行研究，可以发现对称能是通过影响物质的自由能，从而影响了整个超新星爆发。本文利用李宝安等人在核物理方面研究的核物质对称能密度依赖形式，对“SNⅡ-WLYW89”程序中的体对称能系数进行改善。具体来说，在物态方程中均匀核物质阶段应用对称能密度依赖公式31.6(ρ/ρ0)γ，在四粒子统计平衡态阶段，则依然采用核物质在饱和密度处的对称能系数值29.3 MeV，并使用Woosley和Heger的前身星模型WH08作为初始数据来进行模拟计算，将计算结果与王贻仁小组在去掉近似“等效厚度法”后的计算结果进行比较分析。主要计算的前身星模型有:12M⊙、13M⊙、14M⊙、15M⊙、16M⊙、17M⊙、18M⊙、19M⊙、21M⊙、26M⊙、27M⊙、28M⊙、29M⊙、30M⊙、31M⊙、50M⊙、55M⊙。对比计算结果可以发现，在应用对称能密度依赖形式之后，铁核坍缩结束时恒星中心密度最高能达到核密度的4倍，与王贻仁的计算结果保持一致;从声速点的位置来说，则比王贻仁的计算结果是要大，即声速点的位置外移，则激波到达边界所要行走的距离缩短;从激波能量所能达到的最高值来看，引用31.6(ρ/ρ0)γ后，能量最高值能达到1.0foe以上，而王贻仁小组的只有0.5foe左右;激波在传播过程中的能量损失主要有光裂解能以及中微子能量损失，这两项能量的损失也比王贻仁原来的计算结果要少。以上四个方面的改善，皆有利于激波向外传播最终实现超新星的成功爆炸。

目录

摘要

第一章 引言

第二章 铁核坍缩型超新星爆发理论基础

2．1 恒星演化概述

2．2 超新星分类

2．3 铁核坍缩型超新星爆发的理论

2．3．1 铁核坍缩型超新星的前身星演化

2．3．2 铁核的坍缩

2．3．3 反弹与激波

2．3．4 中微子效应

2．3．5 爆发机制

第三章 铁核坍缩型超新星数值模拟

3．1 数值方法简述

3．2 物态方程

3．2．1 四粒子模型

3．2．2 均匀核物质情况

3．2．3 三粒子平衡态情况

3．2．4 对称能

3．3 SNⅡ-WLYW89模拟程序简介

3．3．1 主程序

3．3．2 物态方程子程序

3．3．3 主要物理量及参数说明

第四章 数值模拟计算结果及分析

4．1 前身星模型初始值的设定

4．2 铁核坍缩阶段

4．3 反弹激波形成与激波传播阶段

4．4 能量损失分析

第五章 总结与展望

附录

参考文献

致谢

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