《Ia型超新星爆炸中燃燒學過程的理論研究》是依託清華大學，由高揚擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：Ia型超新星爆炸中燃燒學過程的理論研究
- 依託單位：清華大學
- 項目負責人：高揚
- 項目類別：青年科學基金項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
一個太陽質量附近的主序恆星在瀕臨死亡時可能發生Ia型超新星爆炸。Ia型超新星具有同樣大小的光度，可以作為標準燭光用來測量宇宙曲率和宇宙膨脹速度，是現代宇宙學的觀測基礎。上述前沿研究廣泛受到科學界和大眾的關注，2011年諾貝爾物理學獎即授予了此方面的工作。然而人們對於超新星爆炸的燃燒過程至今沒有全面而深入的了解，這成為了現代宇宙學發展中的不確定因素。本項目擬通過基本燃燒學理論的研究來揭示Ia型超新星爆炸過程中的燃燒學規律，進而建立合理的超新星爆炸燃燒學模型。研究內容包括Rayleigh-Taylor和Darrieus-Landau不穩定性所產生的湍流場性質，特定湍流場中的火焰傳播與演化規律，以及激波面的形成與爆燃-爆轟轉變的物理機制。本項目側重於對燃燒理論本身的探討，嘗試揭示超新星爆炸的本質物理過程，研究內容將發展極端物理條件下的燃燒理論，為國內燃燒學的發展開拓新的領域。
結題摘要
本項目研究計畫按解析分析，數值模擬和與天文觀測對比三個階段建立超新星爆炸的燃燒學模型。項目關鍵科學問題是爆燃-爆轟轉化的機制。執行過程中，第一部分的研究主要通過解析分析的辦法，建立大Lewis數火焰結構和傳播理論，考查超新星燃燒的熱-擴散振盪不穩定性、相對論Darrieus-Landau 不穩定性，考查湍流二級火焰的爆轟波起爆條件。第二部分則對火焰的熱-振盪不穩定傳播，爆燃-爆轟轉換中粘滯力的影響，以及爆轟波本身的振盪和胞格結構的耦合現象進行了數值模擬。與天文觀測的對比部分主要進行了交流準備工作，具體科研工作將後續進行。 項目的主要結果是提出了兩種可能的爆燃-爆轟轉化機制：（1）火焰面的熱-擴散不穩定振盪在脈衝傳播階段可能產生爆轟波，曲率的影響則可能使得爆燃-爆轟轉換更容易發生；（2）超新星中跟隨碳-碳火焰傳播的氧-氧二級火焰，在存在湍流和負曲率的情況下可能引發爆轟波。此外還有燃燒不穩定性，含磁場燃燒波、相對論燃燒波等若干其他探索性工作，為進一步提出具體的爆燃-爆轟轉化過程和進行超新星全燃燒過程數值模擬奠定了基礎。 相關研究工作已發表3篇國際期刊文章，另有3篇文章正在審稿中；項目組成員參加了5人次國內會議和4人次國際會議進行交流；部分結果以及後續工作仍在整理撰寫文章準備投稿。項目的執行有1位博士後參加，1名博士生參加，3名本科生參加，此外還吸引了1名國外博士後，1名國外研究生和1名國外本科生參與研究。通過國際交流與相關的燃燒學、流體力學和天文學專家建立了合作關係。上述人力資源也是項目進一步深入進行的基礎。 本項目執行過程中更加明確了其套用對象是超新星爆炸這個重要天文現象，而科學問題則是燃燒學問題；項目的進展也推動了燃燒理論的發展和燃燒學學科的擴展。這個探索性交叉學科研究能夠進行並發展，基金委的支持是基礎，在此表示誠摯感謝。
