铁核坍缩前夕大质量恒星对流核燃烧的三维流体动力学模拟

摘要 大质量恒星在铁核坍缩时的非球面结构可能会对随后的核坍缩超新星爆发特性及其产生的多信使信号产生定性影响。强扰动可通过增强激波后区域的湍流来帮助实现成功爆发。在此，我们报告了一组使用 MESA 和 FLASH 模拟框架对不同初始质量的大质量恒星模型中氧壳和硅壳燃烧进行的 4 π 3D 流体动力学模拟。我们对四个独立的 3D 模型进行了演化，涵盖铁核坍缩前及发生坍缩时的最后约10分钟。我们考虑了质量为 14、20 和 25 M ⊙ 的初始 1D MESA 模型，以调查一系列氧/硅壳密度和成分构型。我们表征了 3D 模型中的对流壳层，并将其与相应的 1D 模型进行了比较。总的来说，我们发现在我们选定的混合长度参数 α MLT = 1.5 下，3D 模拟中临近坍缩时的角平均对流速度比 MESA 在相同时期预测的对流速度大三到四倍。在我们其中的三个模拟中，我们在临近坍缩时观察到径向速度场的球谐分解在谐波指数 ℓ = 1–3 处具有显著功率。我们的结果表明，大尺度模态在临近坍缩的大质量恒星中普遍存在，应被视为超新星前身星模型的一个关键方面。