大质量恒星中的随机核心加速——氧壳层燃烧三维模拟的启示

基于解析理论曾有建议认为，即便在非自转超新星前身星中，晚燃烧阶段内部重力波（IGWs）的随机加速也能向核心赋予足够角动量，导致中子星诞生自转周期低于 100ms，且自转周期有 500ms 这一较确定的上限。我们在此利用一颗 $3M_\odot$ He 星中氧壳层燃烧的三维模拟来研究该过程。我们的模型表明，IGWs 的随机加速效率低于此前认为的水平。我们发现，在给定对流光度和翻转时间下，壳层边界激发的波所携带的随机角动量通量显著小于简单量纲分析的预期。这可解释为：由过冲对流羽流激发的波包含角波数相反、振幅相近的模式，使得激发波包净角动量近乎抵消。我们发现氧壳层经波介导的角动量通量遵循随机游走，但量纲分析再次高估了随机游走幅度，因为关联时间仅为对流翻转时间的一小部分。将我们的发现外推至坍缩前最后燃烧阶段的整个寿命，我们预言随机加速所得核心角动量对应低质量前身星长达数秒的诞生自转周期，而对高质量前身星也不少于 100ms。