来自三维旋转核坍缩超新星模拟的恒星质量黑洞形成与多信使信号

我们给出了对 40 Msun 前身星模型的自洽三维核坍缩超新星模拟,采用各向同性扩散源近似处理中微子输运,并使用有效广义相对论势直至反弹后约 $\sim0.9$~s。我们考虑了三种不同自转速度,初始角速度分别为 $\Omega_0=0$、0.5 和 1~rad~s$^{-1}$,并研究自转对激波动力学、黑洞形成与引力波信号的影响。快速自转模型在反弹后 $\sim 250$~ms 发生早期爆发,并显示出低 $T/|W|$ 不稳定性的迹象。在该模型中,反弹后 $\sim 460$~ms 内我们未发现黑洞形成。相反,非自转与慢速自转模型分别在反弹后 776~ms 与 936~ms 形成黑洞。慢速自转模型在反弹后 $\sim 650$~ms 爆发,随后原中子星(PNS)上的回落吸积导致黑洞形成。此外,驻激波不稳定性使以非自转前身星开始的模型中的原中子星发生转动。假设黑洞形成过程中比角动量守恒,这对应于黑洞自旋参数 $a=J/M=0.046$。然而,若没有爆发发生,所有角动量最终将被黑洞吸积,形成无自转黑洞。慢速自转模型的成功爆发极大减缓了向 PNS 的吸积,使其持续冷却与收缩,从而在黑洞形成时产生极高引力波频率($f\sim3000$~Hz),而非自转模型产生的引力波信号类似于我们相应的二维模拟。