Трехмерное численное моделирование МГД взаимодействия остатка сверхновой с подвижной межзвездной средой в магнитном поле


Просмотр статьи
PDF, 1,6 МБ

A three-dimensional numerical study of MHD interaction between supernova remnant and moving interstellar medium in magnetic field

Magnetohydrodynamic (MHD) interaction between the supernova remnant and moving medium was studied using a three-dimensional numerical model. The vectors of the magnetic induction and relative motion of supernova remnant against interstellar medium were orthogonal to each other. The physical parameters of the supernova remnant were taken as for Type Ia supernova remnant. Two values of relative motion of the remnant and medium were considered: 40 km/s and 200 km/s, corresponding to Mach number 4 and 20 in interstellar medium. The numerical results are obtained for three time periods at the adiabatic stage evolution of a supernova remnant, at 7600, 31400 and 57700 years. Our findings suggest that the interstellar wind could be an important factor responsible for the phenomenon of asymmetry of radiation intensity observed in several supernova remnants.

supernova remnants, the interstellar medium, the inhomogeneity of the interstellar medium, magnetic hydrodynamics, the method of donor cells


Том 15, выпуск 2, 2014 год



Исследуется МГД взаимодействие остатка сверхновой звезды с подвижной межзвездной средой с помощью трехмерной численной модели. Направления векторов напряженности магнитного поля и движения остатка сверхновой звезды относительно межзвездной среды взаимно перпендикулярны друг другу. Физические параметры остатка соответствуют взрыву сверхновой звезды типа Ia. Рассматриваются два значения скорости относительного движения остатка и окружающей межзвездной среды: 40 км/с и 200 км/с, что соответствует числам Маха 4 и 20 в окружающей среде. Проведено сравнение эволюции остатка сверхновой звезды в покоящейся и подвижной межзвездной среде до времен: 7600 лет, 31400 лет и 57700 лет. Результаты исследования показывают, что относительное движение остатка сверхновой звезды и межзвездной среды может быть важным фактором, определяющим неоднородности интенсивности излучения, наблюдаемые в ряде остатков сверхновых звезд.

остатки сверхновых, межзвездная среда, неоднородности межзвездной среды, неоднородности начального взрыва сверхновой, магнитная гидродинамика, метод донорных ячеек


Том 15, выпуск 2, 2014 год



1. Лозинская Т.А. Взрывы звезд и звездный ветер в галактиках. Изд.2, стереотип. М.: "Либроком", 2013, 216 с.
2. Sakhibov F. Kh, Smirnov M. A. Two types of supernova remnants // Soviet Astronomy Letters , Vol. 8, 1982, Pp. 150-153.
3. Brighenti F., D'Ercole A. Evolution of supernova remnants generated by moving massive stars // Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, Vol. 270, 1994, Pp. 65-74.
4. Wang L., Dyson J. E., Kahn F. D. The nature of the Napoleon's Hat nebula of SN 1987A // Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 261, 1993, Pp. 391-395.
5. Rozyczka M., Tenorio-Tagle G., Franco, J., Bodenheimer P. On the evolution of supernova remnants. III: Off-centred supernova explosions in pre-existing wind-driven bubbles // Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, Vol. 261, No. 3, 1993, Pp. 674-680.
6. Badenes C., Hughes J.P., Cassam-Chenaï G., Bravo E. The Persistence of Memory, or How the X-Ray Spectrum of SNR 0509–67.5 Reveals the Brightness of Its Parent Type Ia Supernova // The Astrophysical Journal, Vol. 680, No.2, 2008, Pp. 1149-1157.
7. Shklovsky J. S. Supernovae. Interscience Monographs and Texts in Physics and Astronomy, London: Wiley, 1968.
8. Седов Л.И. Методы подобия и размерности в механики. Изд. 8-е, М.: Наука, 1977, 440с.
9. Chevalier R.A. The Evolution of Supernova Remnants. Spherically Symmetric Models // The Astrophysical Journal, Vol. 188, 1974, Pp. 501-516.
10. Woltjer L. Supernova remnants // Annual Review of Astronomy and Astrophysics, Vol. 10, 1972, p. 129.
11. Chevalier R.A. The evolution of supernova remnants. III-Thermal waves // The Astrophysical Journal, Vol. 198, 1975,
Pp. 355359.
12. Tilley D.A., Balsara D.S., Howk J.C. Simulations of mixed‐ morphology supernova remnants with anisotropic thermal conduction // Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, Vol. 371, No. 3, 2006, Pp. 1106-1112.
13. Shelton R.L. Simulations of Supernova Remnants in Diffuse Media. II. Three Remnants and Their X-Ray Emission // The Astrophysical Journal, Vol. 521, No. 1, 1999, p. 217.
14. Decourchelle A., Ellison D.C., Ballet J. Thermal X-ray emission and cosmic-ray production in young supernova remnants // The Astrophysical Journal Letters, Vol. 543, No. 1, 2000, L57.
15. Chevalier R.A., Gardner J. The Evolution of Supernova Remnants. II. Models of an Explosion in a Plane-Stratified Medium // The Astrophysical Journal, Vol. 192, 1974, Pp. 457-464.
16. Draine B. T., Woods D. T. Supernova remnants in dense clouds. I-Blast-wave dynamics and X-ray irradiation // The Astrophysical Journal, Vol. 383, 1991, Pp. 621-638.
17. Stone J.M., Norman M.L. The three-dimensional interaction of a supernova remnant with an interstellar cloud // The Astrophysical Journal, Vol. 390, 1992, L17-19.
18. Chevalier R.A., Blondin J.M., Emmering R.T. Hydrodynamic instabilities in supernova remnants-Self-similar driven waves // The Astrophysical Journal, Vol. 392, 1992, Pp. 118-130.
19. Balsara D., Benjamin R.A., Cox D.P. The evolution of adiabatic supernova remnants in a turbulent, magnetized medium // The Astrophysical Journal, Vol. 563, No. 2, 2001, p. 800.
20. Глушко Г.С., Иванов И.Э., Крюков И.А. Моделирование турбулентности в сверхзвуковых струйных течениях // Физико-химическая кинетика в газовой динамике. 2010. Том 9. http://www.chemphys.edu.ru/pdf/2010-01-12-023.pdf
21. Kesteven M.J., Caswell J.L. Barrel-shaped supernova remnants // Astronomy and Astrophysics, Vol. 183, No. 1 , 1987, Pp. 118-128.
22. Spitzer L. Physical Processes in the Interstellar Medium. Wiley, New York, 1978.
23. Cox D.P. Cooling and evolution of a supernova remnant // The Astrophysical Journal, Vol. 178, 1972, Pp. 159-168.
24. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Электродинамика сплошных сред. - М.: Наука, 2001, 607с.
25. Суржиков С.Т. Физическая механика газовых разрядов. М.: Изд. МГТУ, 2006, 640с.
26. Raizer Yu. P., Surzhikov S. T. High altitude explosions and their magnetohydrodynamic description // AIAA Journal,
Vol. 33, No. 3, 1995, pp. 479-485.
27. Raizer Yu.P., Surzhikov S.T. Magnetohydrodynamic Description of Collisionless Plasma Expansion in Upper Atmosphere // AIAA Journal, Vol. 33, No. 3, 1995, Pp. 486-490.
28. Куликовский А. Г., Погорелов Н. В., Семенов А. Ю. Математические вопросы численного решения гиперболических систем уравнений. - М.: Физматлит, 2001, 608с.
29. Роуч П. Вычислительная гидродинамика. - М.: Мир, 1980, 660 с.
30. Pogorelov N.V., Semenov A.Y. Solar wind interaction with the magnetized interstellar medium. Shock-capturing modeling // Astron. Astrophys, Vol. 321, 1997, Pp. 330-337.
31. Surzhikov S. T. Interaction of Plasma Plume of a Plasma Pulsed Thruster with Incident Flow of Rarefied Magnetized Plasma // Matematicheskoe Modelirovanie, Vol. 21, No.1, 2009, Pp. 12-24.
32. Nakawada Y., Wu S.T., Han S.M. Magnetohydrodynamics of atmospheric transients. I. Basic results of two-dimensional plane analyses // The Astrophysical Journal, Vol.219, No.1, 1978, Pp. 314-323.
33. Wu S.T., Dryer M., Nakawada Y., Han S.M. Magnetohydrodynamics of atmospheric transients. II. Two-dimensional numerical results for a model solar corona // The Astrophysical Journal, Vol.219, No.1, Pp. 324-335.
34. Wu S.T., Wang A.H. Numerical simulation of extended corona // Advances in Space Research, Vol. 11, No. 1, 1991, Pp. 187-195.
35. Wu S.T., Han S.M., Dryer M. Two-dimensional, time-dependent MHD description of interplanetary disturbances: Simulation of high speed solar wind interactions // Planetary and Space Science, Vol. 27, No. 3, 1979, Pp. 255-264.
36. Gatsonis N.A., Hastings D.E. Evolution of the plasma environment induced around spacecraft by gas releases: Three‐dimensional modeling // Journal of Geophysical Research: Space Physics Vol. 97, No. A10, 1992, Pp. 14989-15005.
37. Gastonis N.A., Tsuda K., Erlandson R.E. 3D Multi-Fluid Modeling of Aluminum Plasma Jets in the Ionosphere // AIAA Journal, Vol. 91, 1997, p. 2428.
38. Erlandson R.E. et al. The APEX North Star experiment: observations of high-speed plasma jets injected perpendicular to the magnetic field // Advances in Space Research, Vol. 29, No. 9, 2002, Pp. 1317-1326.
39. Gatsonis N.A., DeMagistris M., Erlandson R.E. Three-Dimensional Magnetohydrodynamic Modeling of Plasma Jets in the North Star Space Experiment // Journal of spacecraft and rockets, Vol. 41, No. 4, 2004, Pp. 509-520.
40. Surzhikov S.T. Three-Dimensional Numerical Simulation of MHD-Interaction between a Lazer Plasma and Moving Ionized Medium in Magnetic Field // High Temperature, Vol. 33, No.4, 1995, Pp. 514-526.
41. Глушко Г.С., Крюков И.А. Распространение пламени в условиях орбитальной станции // Физико-химическая кинетика в газовой динамике. 2011. Том 11. http://www.chemphys.edu.ru/pdf/2011-02-01-007.pdf
42. Кузенов В.В. Использование регулярных адаптивных сеток для анализа импульсных сверхзвуковых струй плазмы // Физико-химическая кинетика в газовой динамике. 2008. Том 7. http://www.chemphys.edu.ru/pdf/2008-09-01-016.pdf
43. Суржиков С.Т. Перспективы многоуровневого подхода к задачам компьютерной аэрофизики // Физико-химическая кинетика в газовой динамике. 2008. Том 7. http://www.chemphys.edu.ru/pdf/2008-09-01-002.pdf
44. Park S., Slane P.O., Hughes J.P., Mori K., Burrows D.N., Garmire G.P. Chandra X-Ray Study of Galactic Supernova Remnant G299. 2–2.9 // The Astrophysical Journal, Vol. 665, No. 2, 2007, Pp. 1173-1181.
45. Park S., Hughes J.P., Burrows D.N., Slane P.O., Nousek J.A., Garmire G.P. 0103–72.6: A New Oxygen-rich Supernova Remnant in the Small Magellanic Cloud // The Astrophysical Journal Letters, Vol. 598, No. 2, 2003, L95-L98.