超新星爆発における膨張殻のレイリ-・テイラ-不安定性の数値シミュレ-ション

超新星爆炸中膨胀壳层瑞利-泰勒不稳定性的数值模拟

• 批准号: 03218205
• 负责人: 松田 卓也
• 金额: $ 0.77万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• 财政年份: 1991
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1991 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-03218205/
• 关键词: 流体力学; SN1987A; 超新星爆発; 不安定性; 物質混合; 流体力学; SN1987A; 超新星爆発; 不安定性; 物質混合

超新星1987Aの超新星爆発において、さまざまな観測的証拠から、超新星の内部と外部の物質が大きく混合したことが示唆されている。この物質混合の機構として、レイリ-・テイラ-不安定性とか対流不安定性といった流体力学的不安定性が考えられる。われわれはすでに野本、茂山と協力して彼らのモデルにもとずいた2次元軸対称計算を行った。その結果、初期モデルに適当な擾乱を導入すると不安定性が発達し、観測をうまく説明することを見出した。ただここで問題になるのは、われわれおよびArnettたちの仮定したような、5ー10%もの振幅をもつ速度ゆらぎがはたして存在するかどうかである。レイリ-・テイラ-不安定性の成長率は、粘性が無視できる場合、波長が短いほど速い。もし初期に波長の短いゆらぎが存在するとそれがまず成長して、つぎにゆらぎのスペクトルの逆カスケ-ドとよばれる現象により、長い波長のゆらぎが発生する可能性がある。我々は今年度はこのような、レイリ-・テイラ-不安定性の流体力学的性質を明らかにした。計算方法は空間3次精度の後処理OsherーChakravarthy法を採用した。空間格子は128×128と256×256の場合を調べ、レイリ-・テイラ-不安定性の発達と、初期ゆらぎの波長,振幅,密度比,空間格子数,計算精度など、物理的,計算的パラメタ-との関連を調べた。分かったことは、長波長の周期的ゆらぎの場合、ゆらぎの発達した形状は格子数に大きく依存し、フラクタル構造を示すことがある。これを我々はフラクタルフィンガリングと呼ぶ。つまり数値計算上は病的な問題である。しかし、ゆらぎの振幅に関しては、数値計算は正しい結果を与えることも分かった。結論として、逆カスケ-ド現象では、超新星で発生するレイリ-・テイラ-不安定性の起源を説明できない。やはり5%程度の初期ゆらぎを必要とする。

各种观察性证据表明，超新星1987a的超新星爆炸在超新星内部和外部具有大量的材料。水动力不稳定性，例如雷里拉（Rayri-Teira）的不稳定性和对流不稳定性被认为是混合材料的机制。我们已经与Nomoto和Shigeyama合作，根据其模型执行二维轴对称计算。结果，我们发现当将适当的干扰引入初始模型时，不稳定就会发展出来，并且很好地解释了观察结果。但是，这里的问题是我们和Arnett的假设是否存在真正的速度波动，幅度为5-10％。当粘度可忽略不计时，Rayri-teira稳定性的生长速度更快，波长较短。如果在早期阶段存在短波长波动，则可能首先生长，然后一种称为波动频谱的逆级联反应的现象可能会导致长波长波动。我们已经确定了这种类型的Reyri-Teira不稳定性的流体动力特性。计算方法是具有空间二次精度的Osher-Chakravarthy方法。研究了空间晶格以128×128和256×256进行检查，研究了Rayri-Teira不稳定性的发展与物理和计算参数（例如波长，幅度，密度比，空间晶格数量，空间晶状体数量）与初始波动的计算准确性之间的关系。我们发现，在长波长周期性波动的情况下，开发的波动的形状在很大程度上取决于晶格的数量，并且可能表现出分形结构。这就是我们所说的分形指法。换句话说，这是数值计算中的病理问题。但是，还发现数值计算为波动幅度提供了正确的结果。总之，级联反应现象无法解释超新星中发生的Reyri-Teira不稳定的起源。它还需要大约5％的初始波动。