基于拉格朗日粒子的核坍缩超新星模型对后处理核合成的启示

我们利用辐射流体动力学代码 Chimera 进行的自洽轴对称（2D）模拟，研究核坍缩超新星（CCSN）的核合成。计算成本传统上制约了多维 CCSN 模型中核组成的演化，至多只能使用包含 14 种核素的 $\alpha$ 网络，该网络仅能追踪从 $^{4}$He 到 $^{60}$Zn 的 $(\alpha,\gamma)$ 反应。这种简化的网络限制了对详细组成和中子化过程的准确演化能力，或限制了核能量生成率的计算。拉格朗日示踪粒子通常用于通过后处理核合成计算引入更真实的网络来扩展核网络演化。然而，诸如示踪粒子的空间分辨率差、热力学演化不一致（包括对膨胀时间尺度的错误估计），以及模拟结束时多维质量切割的不确定性等局限，给该方法带来了固有的不确定性。我们针对四个自洽轴对称 CCSN 模型，详细分析了此类不确定性的影响；这些模型由金属丰度恒星、非自转的 12 $M_\odot$、15 $M_\odot$、20 $M_\odot$ 和 25 $M_\odot$ 前身星引发，并使用较小的 $\alpha$ 网络演化至爆炸发生后超过 1 s。