天体物理学课件06超新星.ppt

1、第五章 超新星 5.1 超新星简介及其观察特性5.2 超新星爆发机制一：不稳定核燃烧5.3 超新星爆发机制二：引力坍缩5.4 超新星遗迹5.5 超新星SN1987A5.1 超新星简介及其观察特性 GRB指的是GammaRayBurst新星与超新星的区别 蟹状星云 分类：I型（Ia,Ib/Ic）无H线；II型有H线光变曲线不同Ia 类存在于旋涡星系或椭圆星系中，Ib 类 存在于旋涡星系中。II 型分布于旋涡星系 的旋臂中。除 Ia 类外，其它超新星可能起源于铁核坍 缩爆发机制，通常相对于 Ia 类具有较大的 质量。除 Ia 类外，“恒星诞生于旋臂上，由于质量过大、演化过快，至死还没来得及离开旋臂

2、”。Ia 型超新星一般认为是起源于白矮星的 吸积塌缩导致的不稳定核燃烧，Si 是产 物，这类白矮星通常是由碳、氧组成。当它从伴星吸积物质到一定的程度（约 1.4个太阳质量，将在第七章专门讨论）时，将发生巨大的热核爆炸，并且不残 留任何致密天体。Ia 类超新星由于触发爆炸的临界条件相近，其光度基本接近，可以看作是“标准烛光”。用于天体距离的测量。通过 Ia 型超新星的红移效应，发现宇宙可 能加速膨胀的趋势。超新星宇宙学 5.2 超新星爆发机制一：不稳定核燃烧 简并物质核燃烧的不稳定性 费米子气简并压平衡星体引力是有限度的。当星体质量通过吸积大于一极限值时，简并压不 足以支撑星体，导致坍陷，该极限

3、质量称Chandrasekhar 质量。引力收缩时，引力能转变为热能。若白矮星的温度、密度增加到足以导致中心附近点燃核聚变，则将发生“不稳定核燃烧”型超新星爆发。爆发行为将与历史相关。碳氧核合成强烈地依赖于温度，在温度约为1010K时与 T 的关系正比于 T12.至电子简并温度时，使体积猛然膨胀，巨大的能量释放导致这种膨胀最终演化为热核爆炸。碳氧合成大量铁族元素，因为铁族元素比结合能最高。这种核爆炸会导致整个星体炸光吗？由量子统计知，电子简并压几乎与温度 T 无关，只是电子密度的函数。因此当核点火开始时，不会因体积膨胀而释放能量，温度上升很快。炸光星体所需要的能量？具体数值模拟总结：高质量恒星

4、的演化表现：O型星蓝超巨星黄超巨星红超巨星超新星 5.3 超新星爆发机制二：引力坍缩 核坍缩与超新星爆发核心核反应停止R cTcFe核光致离解 4He光致离解能量损失(若热压为主)PeR cTc星核坍缩当c=nu，核坍缩停止激波反弹 壳层抛射 II型超新星爆发中子星Sequence of Events in a Supernova Explosion超新星爆发的数值模拟以上介绍了光致裂变导致铁核塌缩，进而引起超新星的爆发的过程。对铁核,降低热压还有（主要）以上过程是通过减少热能导致内部热压的减少，进而导致引力塌缩。这在平衡核心引力的压力 主要是热压的情形的机制。其实引力塌缩还存在以下类型：导致

5、简并压减少而塌缩。在以简并压抵抗引力的星体中，可通过电子的俘获例如：氧氖镁型白矮星的超新星爆发激波激波是运动气体中的强压缩波。气体中微弱扰动是以当地音速向四周传播的。物体以亚音速运动时，扰动传播速度比物体运动速度大，所以扰动集中不起来，这时整个流场上流动参数（包括流速、压强等）的分布是连续的。而当物体以超音速运动时，扰动来不及传到物体的前面去，结果前面的气体受到运动物体突跃式的压缩，形成集中的强扰动，这时出现一个压缩过程的界面，称为激波。预备知识：接下来我们讨论塌缩过程塌缩时各点的速度反弹时的速度曲线激波的能量来自于内核的动能（来自于初 始内核的势能）。反弹激波可能产生瞬爆机制，使得超新星爆发

6、。激波扫过之处可有光致裂变过程消耗大量能量。反弹激波也可能变为吸积激波，随后在中微 子的加热下复活而产生延迟爆。这类超新星爆发的观察：释放能量-1053 erg外层带走-1051 erg(可观察得)其余能量应为辐射所带走。光子带走1%,引力子？中微子？星系M 51中的SN 1991T5.4 超新星遗迹超新星爆发抛出的大量物质在向外膨胀过程中与星际物质和磁场相互作用而形成的气体星云。强射电辐射和高能辐射源（同步加速辐射，激波加热）。特征光度L107-1010 L，Lf/LI 108 爆发能E1047-1052 ergs-1（99%中微子，1%动能，0.01%可见光）膨胀速度v103-104 km

7、s-1 产物 膨胀气壳（超新星遗迹）+致密天体（中子星或黑洞）SN 1998aq in the galaxy NGC 3982例 超新星遗迹按形态的分类历史超新星 爆发时间(AD)光度极大星等发现者遗迹185?-8中国天文学家RCW 86393-1中国天文学家837?-8?中国天文学家IC 4431006-10中/阿天文学家SN 10061054-5中/日天文学家Crab Nebula1181-1中/日天文学家3C 581572-4Tycho BraheTycho1604-3KeplerKepler16805?John lamsteed Cas A1987+2.9Ian SheltonSN 1

8、987A1987.2.23爆发于LMC(d=170,000 ly)，是人类自望远镜发明以来第一颗凭肉眼发现的超新星。前身星：Sanduleak-蓝超巨星 M 20 M，L 105 L，T 16,000 K，R 40R5.5 超新星1987A超新星1987A的光变曲线发现成分变化 发现谱线蓝移 超新星1987A的中微子探测超新星爆发的大部分能量被中微子带走 中微子辐射能51053 ergs 辐射51058个中微子 爆发前20小时地球上每m2有51014个中微子穿过两次爆发？第一次铁核坍缩成原中子星？第二次中子星变异为奇异夸克星？超新星1987A的遗留物：环状星云SN 1987A in X-ray环状星云的结构