[论文解读] Jittering-jets explosion triggered by the standing accretion shock instability

Oded Papish, Avishai Gilkis+1 more|arXiv (Cornell University)|Aug 2, 2015

Laser-Plasma Interactions and Diagnostics参考文献 9被引用 12

一句话总结

本文提出，核心坍缩超新星中的驻波吸积激波不稳定性（SASI）可产生足够的随机角动量，使吸积物质具备驱动抖动喷流爆炸机制的能力。通过产生动能超过吸积能量10%的横向运动，SASI形成约5°开口角的瞬态极向圆锥区域，从而实现类似喷流的喷出，驱动爆炸。

ABSTRACT

We show that the standing accretion shock instability (SASI) that has been used to ease the shock revival in core collapse supernovae (CCSNe) neutrino-driven explosion models, might play a much more decisive role in supplying the stochastic angular momentum required to trigger an explosion with jittering jets. We find that if the kinetic energy associated with the transverse (non radial) motion of the SASI is larger than about ten percent of the energy associated with the energy of the accreted gas, then the stochastic angular momentum can reach about five percent of the Keplerian specific angular momentum around the newly born neutron star. Such an accretion flow leaves an open conical region along the poles with an average opening angle of about 5 degrees. The outflow from the open polar regions powers an explosion according to the jittering-jets model.

研究动机与目标

• 研究驻波吸积激波不稳定性（SASI）是否能提供核心坍缩超新星中抖动喷流爆炸机制所需的随机角动量。
• 确定SASI驱动的吸积流中横向运动是否能形成开放的极区，使喷流得以喷射。
• 量化吸积流中极区回避圆锥的特定角动量及其对应的开口角。
• 评估当SASI而非仅预坍缩湍流驱动时，抖动喷流模型的可行性。

提出的方法

• 利用Fernández（2010）的SASI螺旋模态解，计算吸积物质的时间平均特定角动量。
• 应用径向吸积的角动量条件，计算吸积停止的极限极角θₐ。
• 使用公式θₐ ≈ √(j / j_K)计算开口角，其中j为特定角动量，j_K为开普勒值。
• 对Fernández（2010）中四组SASI模型（自由落体 timescale ≈ 3.1 ms）的数据进行数字化处理，分析角动量和开口角的时间变化。
• 评估吸积带中磁场放大的潜力，以进一步提升喷流发射效率。
• 评估这些结果对实现约1 foe爆炸能量的抖动喷流模型的含义。

实验结果

研究问题

• RQ1 驻波吸积激波不稳定性（SASI）能否产生足够的随机角动量，以支持抖动喷流爆炸机制？
• RQ2 当横向动能超过吸积能量10%时，极区回避圆锥的开口角是多少？
• RQ3 在SASI驱动的流中，吸积物质的时间平均特定角动量与开普勒值相比如何？
• RQ4 SASI驱动的角动量变化在多大程度上可导致间歇性喷流形成和激波复兴？
• RQ5 吸积带中的磁场放大是否能进一步增强SASI驱动流的喷流发射潜力？

主要发现

• 当横向运动超过吸积能量的10%时，新形成的中子星周围吸积物质的特定角动量可达开普勒值的约5%。
• 该角动量导致形成一个平均开口角约为5度的瞬态极向圆锥区域，该区域吸积被抑制。
• 开口角随时间变化，在Fernández（2010）研究的四组SASI模型中，多个时间区间观测到θₐ ≈ 10°。
• SASI螺旋模态的横向运动可提供足够的随机角动量，以启动抖动喷流模型中的喷流形成。
• 吸积带中的磁场放大可能进一步增大开口角并增强喷流能量输出。
• 这些结果表明，SASI可能是抖动喷流机制的关键驱动力，可能实现约1 foe能量的爆炸。