一维核心坍缩超新星模拟中湍流模型的批判性评估

最近有人提出，全局或局域湍流模型可用于在球对称（1D）下比传统参数化一维模型更一致地模拟核心坍缩超新星爆发。然而，对提出方案的更仔细分析揭示了重要的一致性问题。最显著的是，它们系统性地违反能量守恒，因为它们未将浮力能量产生与降低势能的项相平衡，从而未能解释浮力对流所依赖的物理能量来源。我们还指出了可行湍流模型的其他非平凡一致性要求。Kuhfuss (1986) 的模型被证明比新提出的超新星方法更一致，但仍不能自然地处理预测爆发性质的所有相关物理。我们对一个 $20 M_\odot$ 前身星进行数值模拟，以进一步说明一维湍流模型的问题。如果浮力驱动项以守恒方式表述，相应非守恒湍流模型的 $\mathord{\sim}2\times 10^{51}\, \mathrm{erg}$ 爆发能量会降低至 $<10^{48}\,\mathrm{erg}$，尽管激波持续膨胀。这表明守恒问题不可忽视。尽管在包含湍流黏性时利用能量守恒模型可达到合理能量，但爆发能量收支是否由与多维模型相同的机制调节值得怀疑。我们得出结论：在解决某些基本问题之前，基于球雷诺分解的一维湍流模型无法比其他现象学方法更一致地给出超新星爆发和遗迹性质。