用于超新星 NLTE 光谱合成的蒙特卡洛方法

我们推出 JEKYLL，一个基于蒙特卡洛（MC）辐射转移技术对超新星（SN）光谱与光变曲线进行建模的新代码。该代码假设物质具有球对称、同源膨胀与稳态，但除此之外能够求解非局部热力学平衡（NLTE）下的含时辐射转移问题。所用方法由 Lucy 在一系列论文中引入，但其完整的含时 NLTE 能力从未被检验。在此，我们扩展了该方法以包含非热激发与电离以及电荷转移和双光子过程。基于早前工作，非热速率通过求解 Spencer-Fano 方程得出。利用先前为 SUMO 代码开发的方法，物质的宏观混合在统计意义下被考虑。此外，采用统计马尔可夫链模型对发射频率采样，并引入一种方法控制辐射场的采样。除对 JEKYLL 的描述外，我们提供了与 ARTIS、SUMO 和 CMFGEN 代码的比较，在计算得到的光谱及气体状态上均显示良好一致。特别是与 CMFGEN 的比较（其物理相似但采用不同技术）表明 Lucy 方法在含时 NLTE 情形下确实收敛。最后，作为 JEKYLL 含时 NLTE 能力的示例，我们给出一个 IIb 型 SN 的模型，取自一组在 accompanying paper 中详细给出并讨论的模型。基于此模型我们研究了 NLTE 的效应，特别是由非热激发与电离引起的效应，发现即便对热光度光变曲线也有强烈影响。这凸显了在模拟 SN 光谱与光变曲线时进行完整 NLTE 计算的必要性。