经过多年的专注研究和超过500万小时的超级计算机计算，一个团队创建了世界上第一个针对奇异超新星的高分辨率3D辐射流体动力学模拟。这项工作发表在《天体物理学杂志》上。

世界上首次3D模拟揭示了奇异超新星的物理原理

中央研究院天文与天体物理研究所(ASIAA)的陈克荣领导了一个国际团队，利用劳伦斯伯克利国家实验室和日本国家天文台的强大超级计算机取得了突破。

超新星爆炸是大质量恒星最壮观的结局，因为它们以自我毁灭的方式结束了自己的生命周期，瞬间释放出相当于数十亿个太阳的亮度，照亮了整个宇宙。

在这次爆炸中，恒星内部形成的重元素也被喷射出来，为新恒星和行星的诞生奠定了基础，并在生命的起源中发挥着至关重要的作用。

超新星是现代天体物理学的一个重要兴趣点，涵盖了理论和观测中许多重要的天文学和物理问题，具有重要的研究价值。

过去半个世纪以来，研究对超新星有了比较全面的认识。然而，最新的大规模超新星巡天观测结果揭示了许多不寻常的恒星爆炸(奇异超新星)，这些爆炸挑战并颠覆了先前对超新星物理学的认识。

在奇特的超新星中，超发光超新星和永远发光的超新星是最令人费解的。超发光超新星的亮度约为普通超新星的100倍，而普通超新星的亮度通常只能维持几周到几个月。

相比之下，永远发光的超新星可以保持亮度数年甚至更长时间。更令人惊讶的是，一些奇异的超新星表现出不规则和间歇性的亮度变化，类似于喷泉般的喷发。这些奇特的超新星可能是理解宇宙中最大质量恒星演化的关键。

这些奇异超新星的起源尚未完全清楚，但天文学家认为它们可能来自不寻常的大质量恒星。对于质量为太阳80至140倍的恒星来说，当它们接近生命终点时，它们的核心会发生碳聚变反应。

在此过程中，高能光子可以产生电子-正电子对，引发核心脉动并导致几次剧烈收缩。这些收缩释放出大量的聚变能量并引发爆炸，导致恒星发生大爆发。这些喷发本身可能类似于常规的超新星爆炸。而且，当不同喷发时期的物质碰撞时，有可能产生类似于超发光超新星的现象。

目前，宇宙中如此大质量恒星的数量相对较少，这与奇特超新星的稀缺相一致。因此，科学家怀疑质量为太阳80至140倍的恒星极有可能是奇特超新星的前身。然而，这些恒星不稳定的演化结构使得它们的建模相当具有挑战性，目前的模型主要仍局限于一维模拟。

然而，之前的一维模型发现了严重的缺陷。超新星爆炸会产生显着的湍流，而湍流对于超新星的爆炸和亮度起着至关重要的作用。然而，一维模型无法根据第一原理模拟湍流。这些挑战阻碍了对当前理论天体物理学中奇异超新星背后物理机制的深入理解。

超新星爆炸的高分辨率模拟提出了巨大的挑战。随着模拟规模的增加，保持高分辨率变得越来越困难，显着提高了复杂性和计算需求，同时还需要考虑大量的物理过程。

陈克荣强调，他们团队的模拟代码比欧美其他参赛团队有优势。以前的相关模拟主要局限于一维和少数二维流体模型，而在奇异的超新星中，多维效应和辐射起着至关重要的作用，影响着爆炸的光发射和整体动力学。

辐射流体动力学模拟考虑辐射传播及其与物质的相互作用。这种复杂的辐射传输过程使得计算异常具有挑战性，其计算要求和难度远高于流体模拟。

然而，由于该团队在超新星爆炸建模和大规模模拟方面拥有丰富的经验;他们最终成功创建了世界上第一个奇异超新星的三维辐射流体动力学模拟。

研究小组的发现表明，大质量恒星的间歇性喷发现象可以表现出类似于多颗较暗超新星的特征。当不同喷发时期的物质碰撞时，大约20-30%的气体动能可以转化为辐射，这解释了超光度超新星的现象。

此外，辐射冷却效应使喷发的气体形成致密但不均匀的三维片状结构，这层片状结构成为超新星中的主要发光源。他们的模拟结果有效地解释了上述奇异超新星的观测特征。

通过尖端的超级计算机模拟，这项研究在深入了解奇异超新星的物理方面取得了重大进展。随着下一代超新星勘测项目的开始，天文学家将探测到更多奇异的超新星，进一步塑造我们对通常大质量恒星的最后阶段及其爆炸机制的理解。