最新模拟揭示超新星冲击爆发的物理学原理
最新模拟揭示超新星冲击爆发的物理学原理
中央研究院天文研究所（ASIAA）研究团队在超新星冲击波物理学研究领域取得重大突破。通过两年多的密集计算，研究团队开发出世界上首个二维多波长辐射流体力学模拟，为理解超新星爆炸过程中的冲击爆发闪光现象提供了全新视角。
超新星是宇宙中最为剧烈的天文现象之一，其爆炸能量远超普通超新星十倍以上。这些强大爆炸通常伴随着强烈的喷流，在恒星两极形成显著的冲击破裂结构。喷流不仅推动爆炸，还在喷出物质中引发强烈流体不稳定性，进一步混合恒星内部物质。最近观测数据显示，著名的超新星1987A可能与喷流爆炸密切相关，而非之前一维模型预测的球形爆炸。
这一突破性研究使科学家能够将模拟的冲击波闪光信号与实际观测数据进行直接比较，显著提升了超新星研究和预测能力。研究团队的成果已在最新一期《天体物理学杂志》发表。
质量在太阳10到30倍之间的大质量恒星，在生命末期会发生剧烈变化。当它们接近生命终点时，会形成铁质内核，在自身引力作用下坍缩成中子星。这种坍缩释放出巨大引力能量，主要以中微子形式释放，引发强大冲击波，将恒星撕裂。
冲击波以超音速穿越恒星，在超新星爆炸中发挥关键作用。当冲击波到达恒星表面时，其能量开始向外扩散，形成极其明亮的闪光，即"超新星冲击爆发"。这种闪光持续时间取决于恒星大小和质量，通常仅持续数小时。其辐射主要以X射线和紫外线形式发出，在肉眼可见爆炸前就已经出现。
由于冲击波爆发发生在超新星过程早期，可作为预测恒星即将爆炸的宝贵预警信号。
在超新星爆炸早期阶段，强大冲击波会冲破恒星外层大气，爆炸后气体充满湍流结构。
研究团队模拟重点聚焦于著名超新星1987A，为研究从核心坍缩超新星到超新星残余物的演变提供独特机会。研究发现，原恒星环境对爆发闪光有重大影响，表明闪光可用于研究超新星爆炸周围条件，并推断星际介质与恒星质量损失关系。
多维模拟显示，冲击爆发过程中的流体不稳定性增强了闪光亮度并延长持续时间，与之前一维模拟有本质不同，从根本上重塑了对超新星爆发闪光的认识。
超新星爆炸早期冲击波与星际介质相互作用：在超新星爆炸早期，强大冲击波会撞击恒星周围星际介质。这种星际介质通常呈现"甜甜圈"结构，可能是恒星演化晚期质量损失形成。当冲击波与这些物质碰撞时，会产生极其明亮辐射和强烈湍流现象。冲击波与周围物质相互作用为了解晚期恒星质量损失和冲击波传播动力学提供重要线索。
"辐射前体与周围介质相互作用对形成冲击爆发信号至关重要。我们新的多维、多波段模拟能更准确描述冲击爆发过程中复杂辐射流体动力学。"ASIAA研究共同作者Masaomi Ono博士补充说："这项研究清楚表明，即使对于球形爆炸，二维辐射流体动力学得出的冲击爆发信号也可能与一维模型预测不同。多维辐射流体动力学对评估核心塌缩超新星冲击爆发信号至关重要，特别是在非均匀星际介质中。"
这些模拟为未来观测和预测超新星提供了重要参考数据。下一代X射线和紫外线太空望远镜将捕捉更多超新星冲击爆发闪光，进一步加深对超新星早期演化和大质量恒星最终演化的理解。
本文原文来自ScitechDaily
