在新發(fā)表在《皇家天文學(xué)會(huì)月刊》上的一項(xiàng)新研究中，來(lái)自ARC引力波發(fā)現(xiàn)卓越中心(OzGrav)的Jade Powell博士和Bernhard Mueller博士，使用來(lái)自澳大利亞各地的超級(jí)計(jì)算機(jī)（包括斯溫本理工大學(xué)的OzSTAR超級(jí)計(jì)算機(jī)）模擬了三顆核心塌縮的超新星。

這些模擬模型比太陽(yáng)的質(zhì)量大39倍、20倍和18倍，揭示了超新星對(duì)爆炸的大質(zhì)量恒星和下一代引力波探測(cè)器的新見(jiàn)解。

核心塌縮超新星是大質(zhì)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體之一，也是黑洞和中子星的誕生地。從這些超新星探測(cè)到的引力波，有助于科學(xué)家更好地理解黑洞和中子星的天體物理。未來(lái)先進(jìn)的引力波探測(cè)器，設(shè)計(jì)得更靈敏，可能會(huì)探測(cè)到超新星（核心坍塌的超新星）可能是第一個(gè)在電磁光、中微子和引力波中同時(shí)觀測(cè)到的物體。

為了探測(cè)引力波中的核心塌陷超新星，科學(xué)家需要預(yù)測(cè)引力波信號(hào)會(huì)是什么樣子，所以使用超級(jí)計(jì)算機(jī)來(lái)模擬這些宇宙爆炸，以了解它們復(fù)雜的物理過(guò)程。這使得他們能夠預(yù)測(cè)當(dāng)恒星爆炸時(shí)探測(cè)器會(huì)看到什么，以及它的可觀測(cè)特性。在這項(xiàng)研究中，對(duì)三顆爆炸中的大質(zhì)量恒星模擬在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，跟蹤超新星引擎的運(yùn)行，這對(duì)于準(zhǔn)確預(yù)測(cè)中子星質(zhì)量和可觀測(cè)到的爆炸能量很重要。

奧茲格拉夫博士后研究員杰德·鮑威爾說(shuō)：模型比太陽(yáng)質(zhì)量大39倍、20倍和18倍。39個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量的模型很重要，因?yàn)樗淖赞D(zhuǎn)速度非常快，之前大多數(shù)長(zhǎng)持續(xù)時(shí)間的核心塌陷超新星模擬，都不包括旋轉(zhuǎn)的影響。兩個(gè)質(zhì)量最大的模型，會(huì)產(chǎn)生由中微子提供動(dòng)力的高能爆炸，但最小的模型沒(méi)有爆炸。沒(méi)有爆炸的恒星會(huì)發(fā)出振幅較低的引力波，但它們的引力波頻率位于引力波探測(cè)器最靈敏的范圍內(nèi)。

這是第一次研究表明，旋轉(zhuǎn)改變了引力波頻率和新形成中子星性質(zhì)之間的關(guān)系?？焖傩D(zhuǎn)的模型，顯示了巨大的引力波振幅，這將使爆炸中的恒星，幾乎可以被下一代引力波探測(cè)器(如愛(ài)因斯坦望遠(yuǎn)鏡)探測(cè)到，這一研究對(duì)象距離我們近650萬(wàn)光年。研究還用廣義相對(duì)論中微子流體力學(xué)程序COCONUT-FMT對(duì)旋轉(zhuǎn)和非旋轉(zhuǎn)的大質(zhì)量恒星前體核崩塌進(jìn)行了三維模擬。兩個(gè)Wolf-Rayet模型都能產(chǎn)生穩(wěn)定的中微子驅(qū)動(dòng)爆炸，而紅色超巨星模型則無(wú)法爆炸。

39倍太陽(yáng)質(zhì)量和20倍太陽(yáng)質(zhì)量模型的爆炸能量已分別達(dá)到1.1×10 ^5 1和0.6×10^5 1erg,它們產(chǎn)生質(zhì)量相對(duì)較高的中子星，但沖擊力不大。在快速旋轉(zhuǎn)的39倍太陽(yáng)質(zhì)量模型中，由于雙極爆炸幾何形狀與旋轉(zhuǎn)軸的對(duì)準(zhǔn)，自旋與踢之間存在相對(duì)較小的30°不對(duì)準(zhǔn)。對(duì)于這個(gè)模型，研究發(fā)現(xiàn)與不旋轉(zhuǎn)的情況相比，旋轉(zhuǎn)顯著改變了f模的特征引力波頻率的依賴關(guān)系，其引力波可以使用如未來(lái)的愛(ài)因斯坦望遠(yuǎn)鏡探測(cè)到。

博科園｜研究/來(lái)自：ARC卓越重力波發(fā)現(xiàn)中心

研究發(fā)表期刊《皇家天文學(xué)會(huì)月刊》

DOI: 10.1093/mnras/staa1048

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