核坍缩超新星的三维磁流体动力学模拟：I. 流体动力学演化与原中子星性质

我们展示了十六个前身星的三维磁流体动力学核坍缩模拟结果，模拟跟踪至反弹后 0.5 秒。我们使用非旋转的太阳金属丰度前身星模型，其零龄主序质量在 9 至 24 $M_{\odot}$ 之间。所考察的前身星涵盖了广泛的紧致度参数范围，包括在 $23 M_{\odot}$ 附近的峰值。我们发现，所有模型均在反弹后 0.3 秒内发生中微子驱动的爆炸。我们还发现，爆炸与中心残骸的性质与紧致度良好相关。早期激波演化对中心核的吸积率敏感，反映了前身星的密度分布。由 23 和 24 $M_{\odot}$ 模型获得了诊断爆炸能 $E_{\rm exp} \sim 0.75 \times 10^{51}$ erg 的最强爆炸，这两个模型在所考察的模型中具有最高紧致度。这两个模型在反弹后 150-230 毫秒期间表现出螺旋 SASI 运动，随后发生失控激波膨胀，并留下一颗自转周期约为 50 毫秒的快速自转中子星。我们的模型预测中子星的引力质量在 $1.22 M_{\odot}$ 至 $1.67 M_{\odot}$ 之间，自转周期为 0.04-4 秒。这些值的数量分布与观测大致吻合。另一方面，我们的模型预测了较小的流体动力学反冲速度（15-260 km/s），尽管在我们的模拟结束时它们仍在增长。进一步的系统研究（包括自转与双星效应）以及长达数秒的长期模拟，将使我们能够探索各种核坍缩超新星爆炸的起源。