超新星 SN2010jl 对尘埃形成的启示

The ejecta of core-collapse supernova (CCSN) is an important source of dust in interstellar medium. Gall et al. investigated the spectral evolution of SN 2020jl, and found 10^-3M⊙ dust within 240 days after explosion. Similar dust can be observed in many CCSNe. However, it is still debated that these dust grains originate from the materials lost by the progenitors of CCSNe (massive stars) or the interaction of the ejecta of CCSN and circumstellar media. We try to simulate the interacting region of the ejecta of CCSN and CCSN, and discuss whether there is an efficiently cooling mechanism for dust nucleation and growth in this region. We also study the dust nucleation and growth in the matter lost by massive stars. Finally, comparing the yields of dust produced by the above channels and by ejecta of CCSN, we discuss the contribution of massive stars to the dust in interstellar medium. The study of this project not only can answers the problem about the origin of dust grains produced by SN 2010jl-like CCSN within 1 year after explosion, but also can help us to understand the dust nucleation and growth in the extreme conditions, the evolution of massive stars, and the origin of dust in interstellar media.

中心核塌缩超新星（CCSN）爆炸时的抛射物是尘埃的重要贡献者之一。Gall等人对超新星SN 2010jl的光谱研究发现，在爆炸后的40至240天内观测到了高达10^-3M⊙以上的尘埃。类似的结果在许多CCSN中都被观测到。然而这些尘埃是起源于CCSN前身星（大质量恒星）损失的物质还是CCSN抛射物与星周物质相互作用仍存在争议。本项目将模拟CCSN抛射物与星周物质相互作用区的物理特性，讨论是否存在有效制冷机制使此作用区适合尘埃凝结与生长。本项目还将研究尘埃在大质量恒星损失的物质中的凝结与生长。计算以上两类尘埃产量，并与CCSN抛射物生成的尘埃比较，讨论大质量恒星对星际尘埃的贡献。此项目的研究不仅可以回答类似于SN 2010jl在CCSN后一年之内观测到的尘埃的起源，而且有助于我们理解极端条件下尘埃的凝结和生长，有助于理解大质量恒星的演化，同时也有助于理解星系尘埃的起源。

中心核塌缩超新星爆炸时的抛射物是尘埃的重要贡献者之一。本项目利用现今最流行的恒星结构与演化程序（Modules for Experiments in Stellar Astrophysics）模拟了大质量恒星的演化和超新星爆发，考虑了转动对恒星演化的影响，计算了大质量恒星的星风和中心核塌缩超新星爆发抛射物对星周介质的重元素贡献，讨论了不同结构和成分的尘埃辐射谱。研究结果有助于人们进一步了解大质量恒星的结构与演化及星际尘埃的形成与演化。.大质量恒星的演化受自转、质量损失率和金属丰度的影响。自转通过化学均匀演化改变了恒星表面的化学丰度，并提高了质量损失率。本项目研究表明，恒星自转可以将N的丰度提高10倍，而将C和O的金属丰度降低相似的倍数。当初始旋转速度从0增加到500 km s^-1时，它还可以提高质量损失率约1-4个数量级。因此，来自大质量恒星星风的重元素产量主要受恒星自转的影响。模拟结果表明，恒星星风可以产生大约10^-2（对于低金属丰度模型）到几个M_⊙（对于低金属丰度和快速旋转模型）的重元素产量，这取决于恒星的旋转和金属丰度。中心核塌缩超新星爆发抛射物产生的重元素的产量不仅取决于恒星自转、质量损失率和金属丰度，还取决于大质量恒星的剩余质量。在此，后者主要取决于CO核的质量，这受上述三个参数的影响很大。由我们的模型计算得出，中心核塌缩超新星爆发抛射物产生的重元素的产量可以达到几倍太阳质量。与恒星星风相比，中心核塌缩超新星爆发抛射物对星际介质中的重元素有更大的贡献。我们还模拟了大质量恒星抛射物中不同结构和组分的尘埃辐射谱，模拟结果与SN 1987、SN 2010jl等超新星爆发的光谱观测数据吻合。SN 1987A中可能具有FeC和SiC类型的尘埃。.在本项目资助下，项目组成员发表了20篇论文（其中SCI收录17篇），培养毕业11名硕士研究生，正在培养6名硕士研究生和2名博士研究生。