乱流核燃焼のサブグリッドモデルの構築と炭素爆型超新星への応用

湍流核燃烧子网格模型的构建及其在碳爆炸超新星中的应用

• 批准号: 16740111
• 负责人: 佐野 孝好
• 金额: $ 1.47万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2004
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2004 至 2006
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-16740111/
• 关键词: 超新星爆発; 磁気乱流; MHDシミュレーション; 連星; MHD; 天体物理学

天体現象の様々な場面で乱流現象が極めて重要な役割を果たしている。超新星爆発と同様に降着円盤においても磁気乱流が円盤の進化や構造を決めている。そこで我々は、降着円盤における磁気乱流の三次元数値シミュレーションを行い、乱流の非線形進化過程を解析した。降着円盤における乱流は磁気回転不安定の成長によって駆動されている。飽和乱流状態の磁気応力の大きさが角運動量輸送効率を決めているため、磁気応力の飽和レベルが最も重要な物理量となる。我々は非常に多くのモデル計算を行うことによって、この飽和レベルのスケーリング則を数値的に求めることに成功した。現状では、乱流の飽和レベルはシミュレーションの分解能に依存している。高分解能のモデルほど、乱流の飽和レベルが低くなる傾向が明らかに見られている。実際の降着円盤での散逸係数は非常に小さいため、この計算結果が正しいとすると、磁気乱流はこれまで期待されていた程には角運動量輸送には寄与しないことになる。この点は今後さらに研究が必要であろう。超新星爆発の研究としては、白色矮星連星の合体が炭素爆燃型超新星の起源となれるかどうかを明らかにするためにSPH法を用いた流体シミュレーションを行った。その結果、白色矮星の合体過程によって超新星爆発を引き起こすことは困難であることを示した。また、重力崩壊型超新星に関して、崩壊直後に形成される原始中性子星における磁気流体不安定の線形解析を行い、その重要性を示すことに成功した。

湍流现象在各种天文现象场景中发挥着极其重要的作用。与超新星爆炸类似，吸积盘中的磁湍流决定了吸积盘的演化和结构。因此，我们对吸积盘中的磁湍流进行了三维数值模拟，分析了湍流的非线性演化过程。吸积盘中的湍流是由磁旋转不稳定性的增长驱动的。由于饱和湍流状态下磁应力的大小决定了角动量传输效率，因此磁应力的饱和水平是最重要的物理量。通过进行大量的模型计算，我们成功地在数值上确定了该饱和水平的比例定律。目前，湍流的饱和程度取决于模拟的分辨率。较高分辨率的模型有一个明显的趋势，即具有较低的湍流饱和度水平。实际吸积盘中的耗散系数非常小，因此如果计算正确，磁湍流对角动量传输的贡献不会像之前预期的那样大。这一点还需要今后进一步研究。作为超新星爆炸研究的一部分，我们使用 SPH 方法进行了流体模拟，以阐明白矮星双星的合并是否可以成为碳爆燃超新星的起源。结果表明，通过白矮星的合并过程很难引发超新星爆炸。此外，对于引力塌缩超新星，我们对塌缩后立即形成的中子星的磁流体动力学不稳定性进行了线性分析，并成功证明了其重要性。