对流中随机角动量的数值模拟：对红超巨星坍缩形成黑洞的启示

在那些未发生典型高能爆炸的大质量恒星核心坍缩过程中，红超巨星（RSG）前身星的部分氢包层可能内落至新生黑洞（BH）。在 Athena++ 框架内，我们对超巨星对流与坍缩的理想化模型进行三维流体动力学模拟，以评估即便恒星整体角动量为零，对流包层的内落是否也能产生旋转支撑物质。我们的无量纲多方模型适用于非旋转 RSG 的光厚氢包层，并覆盖 20 倍的恒星半径范围。在所有半径处，由随机对流流产生的比角动量所对应的圆化半径为 BH 最内稳定圆轨道的 10 至 1500 倍。在坍缩过程中，对流流的角动量矢量近似守恒，并在小半径处形成吸积盘的相关时标上缓慢变化。我们的结果表明，原本失败的 RSG 爆炸会导致旋转支撑流的形成，其能够驱动外流至大半径并供能可观测暂现源。当 BH 能够吸积大部分氢包层时，最终 BH 自旋参数为 $\sim$ 0.5，尽管恒星是非旋转的。对于包层的分数吸积，自旋参数通常更低且从不超过 0.8。我们讨论了我们的结果对 RSG 坍缩至黑洞所产生的暂现源的启示。