磁気流体力学シミュレーションによる超新星爆発に至る鉄コア3次元爆縮の研究

利用磁流体动力学模拟研究铁芯三维内爆导致超新星爆炸

基本信息

批准号：
17030002
负责人：
花輪知幸
金额：
$ 1.15万
依托单位：
Chiba 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：
2005
资助国家：
日本
起止时间：
2005 至 2006
项目状态：
已结题

项目摘要

大質量星がII型超新星爆発をおこす物理機構は30年以上にわたり謎となっている大問題である。爆発の直前に星の中心に形成された鉄コアが爆縮することは既知であるが、その爆縮が爆発に転じる機構は不明である。またII型超新星爆発は球形から相当にずれていると考えられているが、爆発を非球形にする物理機構も明解にはなっていない。本研究課題ではこのような認識から、磁場と回転を考慮した鉄コア爆縮の3次元数値シミュレーションを行った。シミュレーションでは星の回転軸に対して傾いた磁場を設定し、鉄コアの爆縮により形成される原始中性子星の進化を追跡した。爆縮により密度が10万倍増大するため、原始中性子星は新星より数千倍強い10^<15>Gの磁場をもつ。磁場は爆縮により動径方向に引き延ばされスプリットモノポール状になるが、原始中性子星が形成された後、自転により捻られトーラス状に変形される。今回の3次元計算により、トーラス内では磁場の向きが短い間隔で反転することが初めて示された。またトーラスに貯められた磁気エネルギーは、回転軸方向へのジェットとして解放されることも示された。さら原始中性子星形成からジェット放出までの時間差は主に初期磁場の強さに、ジェットのエネルギーは初期の回転速度に依存することが明らかになった。また本研究の過程において、強い衝撃波を伴う流れのシミュレーションに現れやすいカーバンクル不安定の除去法を開発することに成功したので、これについても学術論文にまとめ投稿した。

三十多年来，大质量恒星爆炸成 II 型超新星的物理机制一直是一个重大谜团。众所周知，恒星中心形成的铁核在爆炸前会内爆，但这种内爆转变为爆炸的机制尚不清楚。此外，II型超新星爆炸被认为与球形有很大偏差，但导致爆炸非球形的物理机制尚不清楚。基于这一认识，在本研究项目中，我们对考虑磁场和旋转的铁芯内爆进行了三维数值模拟。在模拟中，他们建立了一个相对于恒星旋转轴倾斜的磁场，并跟踪了由铁芯内爆形成的原始中子星的演化。由于内爆使密度增加了100,000倍，所以原始中子星的磁场为10^15G，比新星强数千倍。磁场因内爆而沿径向拉长，形成分裂单极子形状，但在原初中子星形成后，因旋转而扭曲变形为环面形状。这种三维计算首次表明，磁场方向在圆环内以短间隔反转。研究还表明，储存在圆环中的磁能以射流的形式沿旋转轴方向释放。此外，研究还发现，原始中子星形成和喷流发射之间的时间差主要取决于初始磁场强度，而喷流能量取决于初始旋转速度。此外，在这项研究过程中，我们成功地开发了一种消除红石不稳定性的方法，这种不稳定性往往出现在强冲击波流动的模拟中，我们还在学术论文中提交了对此的总结。