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  • 核心塌缩,黑洞和中子星的诞生地:大质量恒星的超新星爆炸

    在新发表在《皇家天文学会月刊》上的一项新研究中,来自ARC引力波发现卓越中心(OzGrav)的Jade Powell博士和Bernhard Mueller博士,使用来自澳大利亚各地的超级计算机(包括斯温本理工大学的OzSTAR超级计算机)模拟了三颗核心塌缩的超新星。这些模拟模型比太阳的质量大39倍、20倍和18倍,揭示了超新星对爆炸的大质量恒星和下一代引力波探测器的新见解。

    核心塌缩,黑洞和中子星的诞生地:大质量恒星的超新星爆炸

    核心塌缩超新星是大质量恒星在其生命末期的爆炸性死亡,超新星是宇宙中最明亮的物体之一,也是黑洞和中子星的诞生地。从这些超新星探测到的引力波,有助于科学家更好地理解黑洞和中子星的天体物理。未来先进的引力波探测器,设计得更灵敏,可能会探测到超新星(核心坍塌的超新星)可能是第一个在电磁光、中微子和引力波中同时观测到的物体。

    核心塌缩,黑洞和中子星的诞生地:大质量恒星的超新星爆炸

    为了探测引力波中的核心塌陷超新星,科学家需要预测引力波信号会是什么样子,所以使用超级计算机来模拟这些宇宙爆炸,以了解它们复杂的物理过程。这使得他们能够预测当恒星爆炸时探测器会看到什么,以及它的可观测特性。在这项研究中,对三颗爆炸中的大质量恒星模拟在很长一段时间内,跟踪超新星引擎的运行,这对于准确预测中子星质量和可观测到的爆炸能量很重要。

    核心塌缩,黑洞和中子星的诞生地:大质量恒星的超新星爆炸

    奥兹格拉夫博士后研究员杰德·鲍威尔说:模型比太阳质量大39倍、20倍和18倍。39个太阳质量的模型很重要,因为它的自转速度非常快,之前大多数长持续时间的核心塌陷超新星模拟,都不包括旋转的影响。两个质量最大的模型,会产生由中微子提供动力的高能爆炸,但最小的模型没有爆炸。没有爆炸的恒星会发出振幅较低的引力波,但它们的引力波频率位于引力波探测器最灵敏的范围内。

    核心塌缩,黑洞和中子星的诞生地:大质量恒星的超新星爆炸

    这是第一次研究表明,旋转改变了引力波频率和新形成中子星性质之间的关系。快速旋转的模型,显示了巨大的引力波振幅,这将使爆炸中的恒星,几乎可以被下一代引力波探测器(如爱因斯坦望远镜)探测到,这一研究对象距离我们近650万光年。研究还用广义相对论中微子流体力学程序COCONUT-FMT对旋转和非旋转的大质量恒星前体核崩塌进行了三维模拟。两个Wolf-Rayet模型都能产生稳定的中微子驱动爆炸,而红色超巨星模型则无法爆炸。

    核心塌缩,黑洞和中子星的诞生地:大质量恒星的超新星爆炸

    39倍太阳质量和20倍太阳质量模型的爆炸能量已分别达到1.1×10 ^5 1和0.6×10^5 1erg,它们产生质量相对较高的中子星,但冲击力不大。在快速旋转的39倍太阳质量模型中,由于双极爆炸几何形状与旋转轴的对准,自旋与踢之间存在相对较小的30°不对准。对于这个模型,研究发现与不旋转的情况相比,旋转显著改变了f模的特征引力波频率的依赖关系,其引力波可以使用如未来的爱因斯坦望远镜探测到。

    核心塌缩,黑洞和中子星的诞生地:大质量恒星的超新星爆炸

    博科园|研究/来自:ARC卓越重力波发现中心

    研究发表期刊《皇家天文学会月刊》

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