爱因斯坦探针卫星的核塌缩超新星激波暴探测

在核塌缩超新星爆发过程中,当辐射主导的爆炸激波传播到前身星表面附近时,高温辐射逃逸形成激波暴,是超新星最早的电磁信号.激波暴热辐射以紫外和软X射线光子为主,持续时间短暂(~10–1000 s),仅有几个疑似观测事例.爱因斯坦探针卫星开展的大视场、高灵敏度的软X射线快速全天巡天,预期每年将获得几十颗II-P型超新星的激波暴光变曲线,对蓝超巨星爆发和Ib/Ic型超新星的激波暴合计也可能有一到数颗的年探测率,有望用于限制前身星类型、爆前物质损失、超新星爆发机制等.     

前身星与Ⅱ型超新星爆发的数值模拟

利用考虑物质回落与混合效应的前身星输入数据,在一维球对称瞬时爆发模型下数值模拟了质量为12～15 M⊙Ⅱ型超新星的星核坍缩、激波传播、爆发能量等过程.计算结果表明:前身星的星核质量、密度、温度、物质构成等对Ⅱ型超新星爆发有重要影响,不过,数值模拟仍不能实现超新星的瞬时爆发.     

超新星诞生率和Ⅰ型超新星

超新星(简称 SN)是恒星世界中最激烈的爆发现象.它爆发时的光度约为10~7-10~(10)太阳光度,释放能量为10~(47)—10~(52)尔格,光变幅超过17个星等,即突然增亮千万倍至上亿倍.爆发结果或是将恒星物质全部抛散成为星云遗迹;或是抛射掉大部分质量,遗留下的物质塌缩为白矮星、中子星或黑洞.历史文献表明,银河系不断有超新星爆发,从1885年至今已观测到五百多颗河外星系超新星.超新星按其特性分为两类,称为Ⅰ型超新星和Ⅱ     

绚丽的超新星遗迹

<正>宇宙中的天体,生与死总是相依相伴。比如,中小质量恒星的死,伴随着白矮星和行星状星云的生;大质量恒星的死,伴随着中子星、黑洞和超新星遗迹的生。超新星遗迹,是大质量恒星死亡前发生灾难性的爆炸后,原来恒星包层中的物质被抛射到星际空间而形成的,而爆发后在中心留下来的核心就成了中子星或黑洞。超新星遗迹的诞生超新星遗迹的诞生,伴随着星体的剧烈爆发。这种爆发主要有两大类,一类是核燃烧导致的超新星爆发,另一类是常说的引力坍缩型超新星爆发。     

r-过程核合成的场所和重元素丰度的离散

首先考虑到随前身星质量增加Ⅱ型超新星爆发α元素的产量并不单调增加,从而导致Ⅱ型超新星所污染的星际气体的α元素丰度出现反转的因素,将贫金属星Ba的观测丰度分为2支,其中i支元素丰度产生于较低质量超新星,y支元素丰度产生于较高质量超新星,采用FM2004的Ⅱ型超新星爆发Mg元素的产量,利用Tsujimoto提出的方法,根据观测到的极贫金属星Ba和Mg丰度数值计算各种质量超新星r-过程的产量,得出星系中r-过程元素核合成的主要质量区间.然后,根据得到的不同质量Ⅱ型超新星r-过程的产量关系,改进Fields等所提出的方法,解释观测到的贫金属星中子俘获元素的弥散性;另外,还根据3成份(晕、厚、薄盘)多相模型(气体、分子云、大小质量恒星以及剩余物质),利用所得到的产量计算了r-过程元素的均匀化学演化.     

旋转对超新星塌缩时标的影响

基于超新星前身型模型WS15M⊙,详细计算了在一维球对称未旋转条件和旋转条件下的流体动力学时标和电子俘获时标,进行了比较,发现在形成激波前很短时间内电子俘获时标将小于流体动力学时标,这种差异在旋转的星体下更为明显.计算结果支持了新近提出一种超新星爆发图像,可能对超新星的爆发机制研究有新的影响.       

星系晕较重r-过程元素产量和丰度的离散

采用Fields等所提出的模型,将超新星爆发产生r过程元素的事件分为2类:A类(r-rich)事件和B类(r-poor)事件,结合所得到的Ⅱ型超新星r-过程元素的产量和产区,计算了贫金属星较重r-过程元素的弥散,并与观测进行对比分析,解释早期星系化学演化.得到的主要结论:从星系化学演化角度看,星系r-过程元素主要来源于大质量星,r过程核合成主要产生场所是较高质量的Ⅱ型超新星,质量范围在28M⊙≤M≤35M⊙.利用计算得到的产量及初始质量函数φ(m),确定产生较重r过程元素的Ⅱ型超新星占Ⅱ型超新星总数的比例(大约为4%),计算得到星系晕中Eu,Ba,Ce,La,Nd,Pr,Sm等元素的丰度离散情况;并对计算结果进行分析.     

考虑时间延迟后较重r-过程元素的化学演化

考虑有效产生r-过程(快中子俘获过程)元素的Ⅱ型超新星延迟爆发的因素,大体上经过10次大质量Ⅱ型超新星(M>35 M⊙)先爆发后,产生r-过程元素的Ⅱ型超新星(M=(28～35) M⊙)才开始爆发. 从星系化学演化角度看,r-过程元素的主要来源为较大质量Ⅱ型超新星(M=(28～35) M⊙). Ⅱ型超新星占Ⅱ型超新星总数的4%.核合成区域内种子核和中子源主要来自恒星自身的核反应.经计算得到星系晕中较重的r-过程元素Eu,Ba,Ce,La,Nd,Pr,Sm等元素丰度的离散情况及其化学演化.     

利用Si元素的产量确定重元素核合成的场所

文章根据随前身星质量增加Ⅱ型超新星爆发α元素的产量并不单调增加的情况下,将贫金属星Ba元素的观测丰度分为两支,其中i支元素丰度产生于较低质量超新星,y支元素丰度产生于较高质量超新星,采用FM2004的Ⅱ型超新星爆发Si元素的产量,利用Tsujimoto提出的方法,根据观测到的极贫金属星Ba和Si丰度数值计算各种质量超新星快中子俘获元素的产量,得出星系中快中子俘获元素核合成的主要场所。     

带次流道的波状细通道热沉熵产分析

【目的】探究次流道对细通道热沉换热性能的影响。【方法】使用CFD软件对常规直细通道热沉(CMS)、波状细通道热沉(WMS)、带次流道的波状细通道热沉(WMS-S)3种细通道热沉进行数值模拟和对比分析。【结果】WMS和WMS-S的传热系数k比CMS显著增加,低Re数时,WMS-S比WMS的传热性能略有增加,且WMS-S的传热不可逆损失较小。【结论】在低Re数时,次流道能有效增强波状细通道热沉传热系数k,且能够减小传热不可逆造成的能量损失。     

收费站对高速公路交通流能耗的影响

【目的】为探讨电子收费(ETC)通道设置的必要性,研究高速公路收费站路段的交通流能耗模型。【方法】在元胞自动机NaSch交通流模型的基础上,针对单向单车道的收费站路段提出交通流的能耗公式,并数值模拟周期边界条件下车辆在收费站的滞留时间对交通流能耗的影响。【结果】车辆在收费站的滞留时间越长,道路上交通流的能耗值越小,对应的流量和平均速度也越小,交通堵塞现象就越早发生;人工收费站路段的交通流能耗比电子收费站路段的交通流能耗值小。【结论】人工收费站路段比电子收费站路段更容易发生交通堵塞现象。     

Discovery of the progenitor of the type Ia supernova 2007on

Type Ia supernovae are exploding stars that are used to measure the accelerated expansion of the Universe and are responsible for most of the iron ever produced. Although there is general agreement that the exploding star is a white dwarf in a binary system, the exact configuration and trigger of the explosion is unclear, which could hamper their use for precision cosmology. Two families of progenitor models have been proposed. In the first, a white dwarf accretes material from a companion until it exceeds the Chandrasekhar mass, collapses and explodes. Alternatively, two white dwarfs merge, again causing catastrophic collapse and an explosion. It has hitherto been impossible to determine if either model is correct. Here we report the discovery of an object in pre-supernova archival X-ray images at the position of the recent type Ia supernova (2007on) in the elliptical galaxy NGC 1404. Deep optical images (also archival) show no sign of this object. From this we conclude that the X-ray source is the progenitor of the supernova, which favours the accretion model for this supernova, although the host galaxy is older (6-9 Gyr) than the age at which the explosions are predicted in the accreting models.     

剪切应力作用下位错运动的晶体相场模拟

【目的】研究剪切应变作用下晶体的位错攀滑移运动特征,揭示原子晶格势垒、剪切应变对位错运动特征的作用机理。【方法】根据位错滑移运动,构建包含外力场与晶格原子密度耦合作用项的体系自由能密度函数,建立剪切应变作用体系的晶体相场模型,模拟位错攀移和滑移运动,计算临界应变。【结果】位错攀移克服的势垒大于滑移的阻力势垒;位错启动运动,存在临界的势垒;施加较大的剪切应变率作用,体系能量变化为单调光滑曲线,位错以恒定速度作连续运动,具有刚性运动特征;剪切应变率较小时,体系能量变化出现周期波动特征,位错运动是处于低速不连续运动状态。【结论】位错攀移和滑移运动特征与实验结果相符合。     

A neutron-star-driven X-ray flash associated with supernova SN 2006aj

Supernovae connected with long-duration gamma-ray bursts (GRBs) are hyper-energetic explosions resulting from the collapse of very massive stars ( approximately 40 M\circ, where M\circ is the mass of the Sun) stripped of their outer hydrogen and helium envelopes. A very massive progenitor, collapsing to a black hole, was thought to be a requirement for the launch of a GRB. Here we report the results of modelling the spectra and light curve of SN 2006aj (ref. 9), which demonstrate that the supernova had a much smaller explosion energy and ejected much less mass than the other GRB-supernovae, suggesting that it was produced by a star whose initial mass was only approximately 20 M\circ. A star of this mass is expected to form a neutron star rather than a black hole when its core collapses. The smaller explosion energy of SN 2006aj is matched by the weakness and softness of GRB 060218 (an X-ray flash), and the weakness of the radio flux of the supernova. Our results indicate that the supernova-GRB connection extends to a much broader range of stellar masses than previously thought, possibly involving different physical mechanisms: a 'collapsar' (ref. 8) for the more massive stars collapsing to a black hole, and magnetic activity of the nascent neutron star for the less massive stars.     

晶界萌生裂纹扩展的晶体相场模拟

【目的】研究双晶样品在单轴拉伸应变作用下所发生的纳米微观尺度裂纹扩展运动,观察裂纹扩展特征,揭示位错对裂纹扩展的作用规律。【方法】应用晶体相场(PFC)方法模拟裂纹扩展演化及其位错运动。【结果】在位错没有发射之时,裂纹沿位错对柏氏矢量方向解理扩展,发射位错后裂尖沿顺时针旋转60°继续扩展。【结论】晶界滑移出的位错由于周围应力集中,萌生出微裂纹。在裂纹扩展中,裂纹与位错相互作用,可以有多种形式。     

晶体相场法模拟晶界萌生裂纹扩展机理

【目的】在纳米微观尺度下,双晶样品在单轴拉伸应变作用下萌生裂纹,观察并分析开裂时的特征,并结合对应自由能曲线及应变曲线总结裂纹扩展运动的规律。【方法】采用晶体相场(PFC)法模拟不同位错裂纹的演化图。【结果】在拉力作用下,自由能在晶体中慢慢积累。当自由能增加到某一临界值时,晶界位错开始萌生裂纹。但是拉力直接作用在晶体的两端,间接作用在各处位错是不均匀的,所以各个位错的自由能积累效率不相同,导致位错开裂出现3种情况。【结论】在拉力的持续作用下,不同位置的位错变化不相同,位错扩展变化或萌生裂纹具有不同时性。     

有氧化剂(AP)含铝炸药水中爆炸数值模拟

为了实现含有氧化剂AP的含铝炸药(下称PBX—3炸药)的水中爆炸参数的预估,利用Φ50 mm圆筒试验确定了PBX—3炸药爆轰产物JWL状态方程参数;并在此基础上开展了PBX—3炸药水中爆炸数值模拟,计算得到了冲击波峰值压力、比冲击波能和气泡脉动周期,计算结果与试验结果吻合良好。研究结果表明,基于圆筒试验确定的爆轰产物JWL状态方程参数,可以准确计算有氧化剂含铝炸药的水中爆炸参数,对于该类炸药的能量评估有一定参考价值。     

圆形缺口裂纹扩展的晶体相场模拟

【目的】研究初始缺口为圆形的样品在纵轴拉伸应力作用下起裂,并在样品裂纹扩展方向确定后,再加上横轴压力下裂纹的扩展情况。观察横轴压力对其扩展方向的影响,从而得出施加压力修复正在扩展的裂纹样品的模拟结果。【方法】使用晶体相场法(PFC)进行模拟,获得裂纹扩展的演变图。【结果】在纵轴拉应力条件下,应变在达到一定数值后圆形缺口开始发射位错和空位,位错向前运动;之后柏氏矢量相反的位错相遇并相互湮灭,没有湮灭的位错组合成位错对并产生裂纹;最后微裂纹之间、微裂纹与原始缺口之间相互合并。裂纹稳定地朝着横轴方向扩展,在此基础上施加横轴的压应力,发现左侧裂纹扩展方向发生两次改变,并往裂纹扩展方向发射位错。同时初始设置的圆形缺口也有形状变化,并往纵轴发射位错。【结论】晶体相场法能有效模拟晶体裂纹扩展的微观现象。     

空位晶体相场模型模拟二维晶体相形貌图

[目的]揭示空位晶体相场模型(VPFC)中二维周期性晶体相空位缺陷结构形貌。[方法]对标准晶体相场模型的自由能函数进行修正得到空位晶体相场模型,再利用空位晶体相场方程,研究二维相图中不同相晶体结构形貌图,以及晶体结构中出现空位的条件。[结果]当平均原子密度数值位于不同晶体相时,呈现出不同的二维周期性晶体结构形貌图。[结论]将晶体结构形貌图与其原子密度曲线对照,可见该模型中晶体相结构主要有六角"凸起"相、条状相和六角"凹坑"相。当平均原子密度数值位于相图中局部粒子相和六角"凸起"相之间时,二维周期性晶体结构中将出现空位,并且晶粒内部空位随机分布,空位数目与原子密度值有关。     

微裂纹起裂扩展机理的晶体相场模拟

【目的】研究初始晶向倾角为15°的样品分别在垂直和水平方向上,单轴拉应变作用下的纳观尺度裂口发射位错与裂纹扩展行为,了解韧性裂纹的生长特征和扩展规律,揭示纳米级韧性裂纹扩展机理及其对材料断裂的影响。【方法】采用晶体相场(PFC)方法观察15°晶向倾角下位错发射与裂纹扩展演化图及其对应的应力曲线图。【结果】垂直和水平不同方向拉应变作用下裂纹扩展方向不同,但裂纹都是韧性断裂模式扩展;当单轴拉应变作用达到临界值时,样品裂口开始发射滑移位错,随着外应力的增大,位错在滑移过程中留下一系列空位,空位长大连通形成裂纹并与主裂口相连,裂纹随着位错运动而扩展。【结论】在韧性裂纹扩展中,位错发射的运动对韧性裂纹扩展演化有重要影响。