大质量旋转恒星在黑洞周围吸积盘作用下的类超新星爆发

我们对旋转大质量恒星坍缩至黑洞与大质量环 torus 系统所伴随的类超新星爆发进行了新的广义相对论黏性辐射流体力学模拟,特别关注 Ref.~\cite{Aguilera-Dena2020oct} 中零龄主序质量 $M_\mathrm{ZAMS}=$20、35 和 45$M_\odot$ 的大质量前身星。假设黑洞在恒星坍缩开始后短时间内形成,新模拟始于自旋黑洞与下落物质的初始数据,该数据自洽地满足广义相对论的约束方程。研究发现,在合理的黏性参数大小下,无论前身星质量如何,类超新星爆发均由黑洞周围环 torus 中的黏性加热效应驱动。大质量情形($M_\mathrm{ZAMS}=35$ 和 $45M_\odot$)的典型爆发能量与抛射物质量分别为 $\sim 10^{52}$ erg 与 $\sim 5M_\odot$,其中 $^{56}$Ni 质量大于 $0.15M_\odot$。这些与剥离包层高能超新星(如宽线 Ic 型超新星)的观测数据一致。这表明大质量恒星旋转坍缩至被大质量环 torus 包围的黑洞可成为高能超新星的中心引擎。通过人为改变初始数据的角速度,我们探究了爆发能量与抛射物质量对初始角动量的依赖,发现仅当形成质量 $\gtrsim 1M_\odot$ 的大质量致密环 torus 时,才可能实现大爆发能量 $\sim 10^{52}$ erg 与大 $^{56}$Ni 质量 $\geq 0.15M_\odot$。