超新星模拟揭开恒星爆炸如何形成碎片云

当某些类型恒星死亡时，它们会在明亮的火焰中熄灭，这是一种超强的爆炸，称为超新星。 超新星最常见是Ia型，始于一颗密集的白矮星，它燃烧尽所有的氢燃料。 来自伴星的物质可能会在白矮星中引发失控的核聚变反应，出现大规模的爆炸，在宇宙中产生许多较重的元素，之后散发在残留物的发光行星状星云，上面带有爆炸的印记。

日本国立研究开发法人理化学研究所天体物理大爆炸实验室的吉斯·费朗（Gilles Ferrand）及其在日本和德国的同事一直在开发可重现超新星的立体电脑模拟。 他们的模拟涉及两个步骤：第一个模拟超新星爆炸本身，而第二个模拟超新星残留物模型。 费朗解释：「我们的目标是探索不同爆炸条件如何产生具有特征形状和成分的残余物，这些残余物与我们在银河系中观察到的相似。 」

该团队的最新模拟着重于超新星的两个方面：爆炸如何在白矮星内部点燃，以及燃烧如何波及伴星。 爆炸可以在白矮星内部的几个地方开始，也可以同时在许多点触发。 同时，燃烧可能是爆燃（一种湍流的火，它的移动速度慢于音速），也可能涉及爆燃，然后是超音速爆发。

通过将这些选项以不同的方式组合在一起，研究人员产生了四个超新星残留物模型，每个模型都有其独特的特性。 例如，极少有点火点和爆燃式爆炸的超新星产生的残余物具有与爆炸中心偏离的对称壳体。 相比之下，在模拟中几乎没有点火点和爆震产生残余物，其中外壳的一半厚度是另一半的两倍。 爆燃模拟中的残余物还表现出意料之外的致密材料接缝。

结果显示，最好的时间是在爆炸后大约一百至三百年内，看到超新星在它的残留物上留下的印记。 这种印记在超新星中出现的时间更长，点火点更少，并且在五百年内，模拟中的所有残余物总体上变成了球形。 这些结果将指导天文学家解释超新星残留物的观测结果。

【图、文：节译自日本国立研究开发法人理化学研究所2021年3月26日新闻公布】研究全文刊登在2021年1月12日出版的《天体物理学报》

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