Ia型超新星前身星研究

论文摘要

这是一篇关于Ia型超新星前身星研究的博士论文。本文详细介绍了有关Ia型超新星的历史发展及研究现状,特别是详细介绍了Ia型超新星的前身星模型和爆炸模型以及一些相关的观测认证。在这些前身星模型中最流行的是单简并星钱德拉塞卡质量极限模型。在这个模型中,Ia型超新星的前身星是由一颗碳氧白矮星和一颗主序星或者亚巨星（WD+MS）组成的双星系统。碳氧白矮星通过稳定的洛希瓣物质交流从伴星吸积物质从而增加自身质量,当其质量达到钱德拉塞卡质量极限的时候,发生了Ia型超新星爆炸。在这个模型的框架下,并且利用Hachisu et al（1996）的光学厚星风假设,我们全面、系统的研究了这个模型的各种性质,包括前身星系统的参数空间、Ia型超新星的诞生率、爆炸后伴星的性质以及爆炸抛射物对伴星的碰撞等等。经过我们的研究发现:（1）能发生Ia型超新星爆炸的双星系统的参数空间随金属丰度有明显的变化。（2）对于从WD+MS系统得到的Ia型超新星,其延迟时标约为1Gyr。并且随金属丰度的增加,Ia型超新星的爆炸时刻提前、诞生率增加,而且平均亮度增加。（3）从WD+MS系统得到的银河系中Ia型超新星的诞生率约为（0.7-1）×10-3yr-1,尽管比观测小,但仍然可以和观测相比较。（4）爆炸后伴星的各种积分性质,包括质量、半径、表面重力加速度和空间速度等,都与Tycho超新星伴星的性质相符。（5）根据Marietta et al.（2000）和Kasen et al.（2004）的数值模拟结果,我们发现至少有75%的Ia型超新星可以探测到偏振信号。（6）我们的模型可以解释观测上Ia型超新星光极大时刻的色余分布。（7）双星系统的初始周期、伴星的初始质量以及发生物质交换时伴星所处的演化状态对Ia型超新星爆炸抛射物与伴星之间的相互作用有重要影响。在研究Ia型超新星前身形时,碳氧白矮星质量随金属丰度的变化也是一个非常重要的问题,因为若给定零龄主序星的质量后,不同金属丰度环境中形成的碳氧白矮星质量不同,就很有可能会影响双星演化的最终结果。在本文中,我们也研究了恒星在零龄主序时的质量与其演化成白矮星后的质量之间的关系（以下简称初始-终止质量关系）随金属丰度的演化。经过我们研究发现:初始一终止质量关系随金属丰度Z存在明显的演化。当Z=0.04时,对于给定初始质量的恒星,其最终得到的白矮星的质量最小。从Z=0.04开始,无论是增加还是减小金属丰度,其终止质量都将增加。当Z≥0.02且初始质量Mi≤1.0%时,恒星的最终命运可能是变成一颗氦白矮星。因此,在年老的富金属的星团中应该存在大量的氦白矮星,这与观测相符。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 前言
• 1.1 超新星简史
• 1.2 超新星的分类
• 1.3 Ia型超新星的研究现状及意义
• 第二章 观测特性、理论模型及其观测认证
• 2.1 Ia型超新星的观测特性
• 2.1.1 绝对星等及光变曲线
• 2.1.2 光谱及颜色演化
• 2.1.3 多波段观测及其他
• 2.1.4 Ia型超新星各种相关性
• 2.2 Ia型超新星在宇宙学中的应用
• 2.3 Ia型超新星前身星的理论及观测证认
• 2.3.1 单简并星模型
• 2.3.2 双简并星模型
• 2.3.3 观测认证
• 2.4 Ia型超新星的爆炸模型
• 2.4.1 钱德拉塞卡质量极限模型
• 2.4.2 亚钱德拉塞卡质量极限模型
• 2.4.3 不同爆炸模型可能对应的前身天体
• 第三章 初始终止质量关系
• 3.1 动机
• 3.2 引言
• 3.3 模型及物理输入
• 3.3.1 模型
• 3.3.2 物理输入
• 3.4 结果
• 3.4.1 不同金属丰度的初始终止质量关系
• 3.4.2 赫罗图
• 3.4.3 理论和观测的对比
• 3.4.4 初始终止质量关系对金属丰度依赖性的可能的观测证据
• 3.4.5 白矮星的质量分布
• 3.5 讨论
• 3.5.1 不确定性
• 3.5.2 小质量白矮星
• 3.5.3 初始终止质量关系与Ia型超新星的相关性
• 3.6 小结
• 第四章 WD+ MS前身星研究
• 4.1 动机
• 4.2 双星演化计算方法
• 4.3 双星演化计算结果
• 4.3.1 双星演化
• 4.3.2 能发生Ia型超新星的参数空间
• 4.3.3 能发生Ia型超新星的最小白矮星质量
• 4.4 大样本恒星演化
• 4.4.1 演化渠道
• 4.4.2 蒙特卡罗模拟的基本参数
• 4.5 大样本演化结果
• 4.5.1 Ia型超新星的诞生率
• 4.5.2 能产生Ia型超新星的WD+MS系统的初始参数的分布
• 4.6 讨论
• 4.6.1 白矮星的初始质量与金属丰度之间的相关性
• 4.6.2 Ia型超新星的诞生率
• 4.6.3 类SN2002ic的Ia型超新星
• 4.7 小结
• 第五章 爆炸抛射物与伴星的相互作用
• 5.1 动机
• 5.2 模型
• 5.2.1 方法
• 5.2.2 方法的检验
• 5.3 结果
• 5.4 讨论
• 5.5 小结
• 第六章 伴星特征
• 6.1 动机
• 6.2 方法
• 6.3 大样本演化结果
• 6.3.1 爆炸时伴星的质量和系统的周期
• 6.3.2 爆炸时伴星的半径以及半径和轨道间距的比值
• 6.3.3 爆炸后伴星的质量和空间速度
• 6.3.4 伴星表面的重力加速度
• 6.3.5 有偏振的Ia型超新星
• 6.4 讨论
• 6.4.1 Tycho G
• 6.4.2 Ia型超新星的偏振
• 6.4.3 类SN1991T的Ia型超新星
• 6.5 小结
• 第七章 色余
• 7.1 动机
• 7.2 模型
• 7.3 结果
• 7.4 讨论
• 7.5 小结
• 第八章 结论与展望
• 附录A 拟合公式
• 参考文献
• 致谢
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