超新星爆発時における物質混合の3次元数値シミュレーション

1992 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 04640272
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 蜂巣 泉 東京大学, 教養学部, 助手 (90135533)
• Keywords: 超新星爆発 / 流体力学的不安定性 / 物質混合 / SN1987A

Research Abstract

マゼラン雲で爆発した超新星SN1987Aは地球に近いこともあってニュートリノや電磁波の色々な波長帯での観測が行われてきた。X線やガンマ線での観測は超新星の爆発時に大規模な物質混合が起ったことを示している。また光度曲線の理論的な解析からも水素が重元素からなる星の中心部近くまで入り込んでいることが示唆されている。このような物質混合を起こすもっとも有望なメカニズムとしてレイリー・テイラー不安定が提唱されている。本研究では数値シミュレーションを行ってこの不安定が引き金となって大規模な物質混合を引きおこすかを調べた。
この種の流体力学的不安定を追いかけるためには少くとも軸対称2次元、できれば3次元の格子点が必要である。またリアルな星の内部で起こる爆発とそれに伴う衝撃波の伝播、及び接触不連続面をシャープに捕えるには非常に多くの格子点を用意しなければならない。今年度は軸対称2次元の仮定のもとに1025×1025の格子点を用い、計算精度を空間3次Roe法に上げて爆発の過程を再計算してみた。計算精度は以前の我々の結果に比べて、著しく向上している。
数値計算の結果は爆発の初期の速度ゆらぎを5%程度にとれば大規模な物質混合を引きおこすことができるが、ニッケル56を外層まで混ぜることはできなかった。したがって、レイリー・テイラー不安定が起こる前にニッケル56をある程度混ぜておく必要が示唆されたと思われる。来年度は、ニッケル56のプレミキシングについて考察を加えて行く予定である。

Research Products

• [Publications] I.Hachisu: "Mixing in Ejecta of Supernovae.I.General Properties of 2-D Rayleigh-Taylor Instabilities and Mixing Width in Ejecta of Supernavae" The Astrophysical Journal. 390. 230-252 (1992)
• [Publications] Y.Ohno: "DREAM-1:special purpose computer for computational fluid dynamics" Publications of the Astronomical Society of Japan. (1993)