迈向核坍缩超新星的真实前身星模型

我们展示了一个23倍太阳质量恒星在接近核坍缩(一维模型中约1小时)时,同时活跃的C、Ne、O和Si燃烧壳层的前身星演化的二维(2D)流体动力学模拟,并与现有的一维模型(被迫为准静态)进行对比。在二维模拟中观察到显著的不对称性以及壳层之间强烈的动力学相互作用。虽然由湍流引发,但动力学行为发展到足够大的振幅,以至于与核燃烧耦合。观察到低阶模式的显著增长,以及燃烧壳层中与球对称性的巨大偏离。这种剧烈的动力学比早期燃烧阶段(如氧燃烧壳层中单个单元的3D模拟,或未包含活跃Si壳层的2D模拟)中观察到的更为剧烈。线性微扰分析无法捕捉湍流的混沌行为(例如,洛伦兹发现的奇异吸引子),因此严重低估了不稳定性的剧烈程度。详细讨论了一维和二维模型的局限性。二维模型虽然在几何上存在缺陷,但相比现有的一维模型,对相关动力学提供了更真实的处理,并呈现了坍缩前演化阶段的截然不同的图景。概述了对SN1987A的解释、年轻超新星遗迹中的丰度、坍缩前爆发、前身星结构、中子星反冲以及回落的影响。虽然二维模拟提供了新的定性见解,但需要全三维模拟才能定量理解恒星演化的这一阶段。文中描述了此类模拟的必要特性。