Мобильная версияЭллипсар ⇐ Васина Википедия
-
Автор темыwiki_de
- Всего сообщений: 49615
- Зарегистрирован: 13.01.2023
Эллипсар
«Эллипсар» — теоретическая модель в астрофизике, предложенная в 2022 году для описания кольцевых взрывов, исходящих от массивных звезд, сплюснувшихся (сплюснутых) из-за быстрого вращения или двойных взаимодействий. Термин «эллипсар» представляет собой смесь слов «эллипс» и «звезда», которая отражает эллиптические контуры изоплотности звезды-прародителя в двумерном осесимметричном моделировании. Модель была представлена Маркусом Дюпоном, Эндрю Макфадьеном и Джонатаном Зрейком в статье в журнале «The Astrophysical Journal Letters».
Модель бросает вызов традиционным парадигмам сферических или струйных взрывов, включая асферичность в звезде-прародителе, и может объяснить некоторые астрономические переходные процессы без центрального генератора энергии струи.
== Фон ==
Астрономические переходные процессы, такие как сверхновые и гамма-всплески (GRB), обычно моделируются как точечные взрывы или коллимированные струи сферически симметричных звезд. Однако наблюдения и теоретические модели показывают, что многие массивные звезды (>8-10 масс Солнца) сжимаются из-за быстрого вращения или двойной массопереноса с параметрами уплощения (ε) до 0,2. Модель эллипсара исследует гидродинамические последствия точечного взрыва в таких асферических предшественниках.
== Предположения модели ==
Модель эллипсара предполагает:
* Массивная звезда-прародитель, такая как гелиевая звезда Вольфа-Райе (~18 M⊙, радиус ~0,5 R⊙), эволюционировала с помощью такого программного обеспечения, как MESA.
* Геометрия сплюснутого сфероида с параметром уплощения ε = 1 - b/a, оптимизированная при ε ≈ 0,05.
* Точечный взрыв в активной зоне с энергией E_exp от 10^{51} до 10^{54} эрг (ориентир: 5 × 10^{52} эрг).
* Предположение о холодном газе (p/ρ ~ 10^{-6}) в предвестнике и окружающей среде ветра с профилем плотности ρ_wind = A r^{-2}, A* = 0,1, v_wind = 10^3 км/с.
* Осесимметричное 2D-моделирование, игнорирующее 3D-эффекты, магнитные поля или детальное вращение.
Профиль звездной плотности отображается из одномерной сферической модели в сплюснутую форму: ρ(r, θ) получен путем замены R_3 в ρ_{1D}(r) на R_ε(θ) = ab / √[(a cos θ)^2 + (b sin θ)^2], с a = R_3 (1 - ε)^{-1/3}, b = R_3 (1 - ε)^{2/3}.
== Математическая формулировка ==
Модель использует релятивистскую гидродинамику в двумерных сферических полярных координатах (r, θ). Важные уравнения включают в себя:
=== Профиль плотности ===
Одномерный профиль плотности аппроксимируется следующим образом:
\rho_{1D}(r) \approx \rho_c \times \max\left(1 - \frac{r}{R_3}, 0\right) / \left[1 + \left(\frac{r}{R_1}\right)^{k_1} / \left(1 + \left(\frac{r}{R_2}\right)^{k_2}\right)\right]
с параметрами R_1 = 0,0017 R, R_2 = 0,0125 R, R_3 = 0,65 R, k_1 = 3,25, k_2 = 2,57, ρ_c = 3 × 10^{-7} ρ (ρ = 3M / (4π R^3)).
Для иллюстрации пластины:
R_\epsilon(\theta) = \frac{ab}{\sqrt{(a \cos \theta)^2 + (b \sin \theta)^2
=== Давление взрыва ===
p(r) = \frac{3(\gamma-1) E_\exp}{4\pi r_\exp^3} \times H(r - r_\exp) для r < r_exp, где H — функция Хевисайда, γ = 4/3.
=== Гидродинамические уравнения ===
Законы сохранения в релятивистской форме:
* Непрерывность массы: \partial_\mu (\rho u^\mu) = 0
* Энергетический импульс: \partial_\mu T^{\mu\nu} = 0, где T^{\mu\nu} = \rho h u^\mu u^\nu + p \eta^{\mu\nu}, h = 1 + \epsilon + p/\rho, η^{\mu\nu} метрика Минковского (-+++).
* Уравнение состояния: p = (\gamma-1) \rho \epsilon
Динамика ударов: ускорение пропорционально градиенту плотности; Первыми извергаются полярные ударные волны, образуя доли, которые наклонно сталкиваются на экваторе и создают кольца высокого давления.
=== Радиус задержки ===
r_\dec(\Gamma\beta, \theta) = M_\iso(> \Gamma\beta, \theta) / (4\pi A), где M_iso — изотропная эквивалентная масса.
== Моделирование ==
Для моделирования используется код SIMBI с графическим ускорением (Python/C++ с CUDA/ROCm), метод Годунова второго порядка с реконструкцией Minmod (θ=2). Сетка: 5609 радиальных зон (в логарифмическом масштабе), 4096 угловых полей; Область от r_in = 0,01 R до r_out = 200 R, θ ∈ [0, π].
== Результаты ==
* Оптимальное значение ε = 0,05 приводит к релятивистским кольцам выброса (Γβ >10 для высокого E_exp), ограниченным Δθ ~6° (~5% покрытия неба).
* Распределение энергии: E_k,iso(>1) на экваторе в 10 раз выше, чем на полюсах; M_iso(>1, θ=90°) ~6 × 10^{27} г (~масса Земли).
* Переходный процесс: объясняет llGRB, релятивистские SNe, FBOT; предсказывает поляризованное послесвечение, остаточную морфологию от кольцеобразной до слегка вытянутой примерно через 1 год.
* Космические лучи: потенциальный источник частиц с энергией 10^{15}–10^{18} эВ в средах с низкой плотностью.
== Ограничения ==
* Ограничено двухмерной осевой симметрией; игнорирует трехмерную нестабильность, турбулентность, магнитные поля, радиационные потери или неровную CSM.
* По состоянию на 2025 г. подтверждения прямыми наблюдениями нет; остается спекулятивным, а последующие исследования ограничены.
== Возможное будущее развитие ==
Учитывая опыт авторов в области взрывов высокой энергии, Эллипсар имеет средний и высокий потенциал для проверки будущими обсерваториями, такими как Рубин (2025+) или CTA (2027+), возможно, в течение 5-10 лет, если появятся 3D-моделирования и соответствующие переходные процессы.
== Литература ==
* [https://iopscience.iop.org/article/10.3 ... 213/ac6ded Полная статья о IOPscience]
* [https://arxiv.org/abs/2202.04767 препринт на arXiv]
* [https://www.researchgate.net/publicatio ... ened_Stars Запись на ResearchGate с полным текстом]
* [https://inspirehep.net/literature/2030825 Запись на Inspire HEP]
Подробнее: https://de.wikipedia.org/wiki/Ellipsar
«Эллипсар» — теоретическая модель в астрофизике, предложенная в 2022 году для описания кольцевых взрывов, исходящих от массивных звезд, сплюснувшихся (сплюснутых) из-за быстрого вращения или двойных взаимодействий. Термин «эллипсар» представляет собой смесь слов «эллипс» и «звезда», которая отражает эллиптические контуры изоплотности звезды-прародителя в двумерном осесимметричном моделировании. Модель была представлена Маркусом Дюпоном, Эндрю Макфадьеном и Джонатаном Зрейком в статье в журнале «The Astrophysical Journal Letters».
Модель бросает вызов традиционным парадигмам сферических или струйных взрывов, включая асферичность в звезде-прародителе, и может объяснить некоторые астрономические переходные процессы без центрального генератора энергии струи.
== Фон ==
Астрономические переходные процессы, такие как сверхновые и гамма-всплески (GRB), обычно моделируются как точечные взрывы или коллимированные струи сферически симметричных звезд. Однако наблюдения и теоретические модели показывают, что многие массивные звезды (>8-10 масс Солнца) сжимаются из-за быстрого вращения или двойной массопереноса с параметрами уплощения (ε) до 0,2. Модель эллипсара исследует гидродинамические последствия точечного взрыва в таких асферических предшественниках.
== Предположения модели ==
Модель эллипсара предполагает:
* Массивная звезда-прародитель, такая как гелиевая звезда Вольфа-Райе (~18 M⊙, радиус ~0,5 R⊙), эволюционировала с помощью такого программного обеспечения, как MESA.
* Геометрия сплюснутого сфероида с параметром уплощения ε = 1 - b/a, оптимизированная при ε ≈ 0,05.
* Точечный взрыв в активной зоне с энергией E_exp от 10^{51} до 10^{54} эрг (ориентир: 5 × 10^{52} эрг).
* Предположение о холодном газе (p/ρ ~ 10^{-6}) в предвестнике и окружающей среде ветра с профилем плотности ρ_wind = A r^{-2}, A* = 0,1, v_wind = 10^3 км/с.
* Осесимметричное 2D-моделирование, игнорирующее 3D-эффекты, магнитные поля или детальное вращение.
Профиль звездной плотности отображается из одномерной сферической модели в сплюснутую форму: ρ(r, θ) получен путем замены R_3 в ρ_{1D}(r) на R_ε(θ) = ab / √[(a cos θ)^2 + (b sin θ)^2], с a = R_3 (1 - ε)^{-1/3}, b = R_3 (1 - ε)^{2/3}.
== Математическая формулировка ==
Модель использует релятивистскую гидродинамику в двумерных сферических полярных координатах (r, θ). Важные уравнения включают в себя:
=== Профиль плотности ===
Одномерный профиль плотности аппроксимируется следующим образом:
\rho_{1D}(r) \approx \rho_c \times \max\left(1 - \frac{r}{R_3}, 0\right) / \left[1 + \left(\frac{r}{R_1}\right)^{k_1} / \left(1 + \left(\frac{r}{R_2}\right)^{k_2}\right)\right]
с параметрами R_1 = 0,0017 R, R_2 = 0,0125 R, R_3 = 0,65 R, k_1 = 3,25, k_2 = 2,57, ρ_c = 3 × 10^{-7} ρ (ρ = 3M / (4π R^3)).
Для иллюстрации пластины:
R_\epsilon(\theta) = \frac{ab}{\sqrt{(a \cos \theta)^2 + (b \sin \theta)^2
=== Давление взрыва ===
p(r) = \frac{3(\gamma-1) E_\exp}{4\pi r_\exp^3} \times H(r - r_\exp) для r < r_exp, где H — функция Хевисайда, γ = 4/3.
=== Гидродинамические уравнения ===
Законы сохранения в релятивистской форме:
* Непрерывность массы: \partial_\mu (\rho u^\mu) = 0
* Энергетический импульс: \partial_\mu T^{\mu\nu} = 0, где T^{\mu\nu} = \rho h u^\mu u^\nu + p \eta^{\mu\nu}, h = 1 + \epsilon + p/\rho, η^{\mu\nu} метрика Минковского (-+++).
* Уравнение состояния: p = (\gamma-1) \rho \epsilon
Динамика ударов: ускорение пропорционально градиенту плотности; Первыми извергаются полярные ударные волны, образуя доли, которые наклонно сталкиваются на экваторе и создают кольца высокого давления.
=== Радиус задержки ===
r_\dec(\Gamma\beta, \theta) = M_\iso(> \Gamma\beta, \theta) / (4\pi A), где M_iso — изотропная эквивалентная масса.
== Моделирование ==
Для моделирования используется код SIMBI с графическим ускорением (Python/C++ с CUDA/ROCm), метод Годунова второго порядка с реконструкцией Minmod (θ=2). Сетка: 5609 радиальных зон (в логарифмическом масштабе), 4096 угловых полей; Область от r_in = 0,01 R до r_out = 200 R, θ ∈ [0, π].
== Результаты ==
* Оптимальное значение ε = 0,05 приводит к релятивистским кольцам выброса (Γβ >10 для высокого E_exp), ограниченным Δθ ~6° (~5% покрытия неба).
* Распределение энергии: E_k,iso(>1) на экваторе в 10 раз выше, чем на полюсах; M_iso(>1, θ=90°) ~6 × 10^{27} г (~масса Земли).
* Переходный процесс: объясняет llGRB, релятивистские SNe, FBOT; предсказывает поляризованное послесвечение, остаточную морфологию от кольцеобразной до слегка вытянутой примерно через 1 год.
* Космические лучи: потенциальный источник частиц с энергией 10^{15}–10^{18} эВ в средах с низкой плотностью.
== Ограничения ==
* Ограничено двухмерной осевой симметрией; игнорирует трехмерную нестабильность, турбулентность, магнитные поля, радиационные потери или неровную CSM.
* По состоянию на 2025 г. подтверждения прямыми наблюдениями нет; остается спекулятивным, а последующие исследования ограничены.
== Возможное будущее развитие ==
Учитывая опыт авторов в области взрывов высокой энергии, Эллипсар имеет средний и высокий потенциал для проверки будущими обсерваториями, такими как Рубин (2025+) или CTA (2027+), возможно, в течение 5-10 лет, если появятся 3D-моделирования и соответствующие переходные процессы.
== Литература ==
* [https://iopscience.iop.org/article/10.3 ... 213/ac6ded Полная статья о IOPscience]
* [https://arxiv.org/abs/2202.04767 препринт на arXiv]
* [https://www.researchgate.net/publicatio ... ened_Stars Запись на ResearchGate с полным текстом]
* [https://inspirehep.net/literature/2030825 Запись на Inspire HEP]
Подробнее: https://de.wikipedia.org/wiki/Ellipsar