Classical novae are thermonuclear explosions occurring on the surface of white dwarfs.
When co-existing in a binary system with a main sequence or more evolved star, mass
accretion from the companion star to the white dwarf can take place if the companion
overflows its Roche lobe. The envelope of hydrogen-rich matter which builds on
top of the white dwarf eventually ignites under degenerate conditions, leading to
a thermonuclear runaway and an explosion in the order of 1046 erg, while leaving
the white dwarf intact. Spectral analyses from the debris indicate an abundance of
isotopes that are tracers of nuclear burning via the hot CNO cycle, which in turn
reveal some sort of mixing between the envelope and the white dwarf underneath.
The exact mechanism is still a matter of debate.
The convection and deflagration in novae develop in the low Mach number regime.
We used the Seven League Hydro code (SLH ), which employs numerical schemes
designed to correctly simulate low Mach number flows, to perform two and three-
dimensional simulations of classical novae. Based on a spherically-symmetric model
created with aid of a stellar evolution code, we developed our own nova model and
tested it on a variety of numerical grids and boundary conditions for validation. We
focused on the evolution of temperature, density and nuclear energy generation rate at
the layers between white dwarf and envelope, where most of the energy is generated,
to understand the structure of the transition region, and its effect on the nuclear
burning. We analyzed the resulting dredge-up efficiency stemming from the convective
motions in the envelope. Our models yield similar results to the literature, but seem
to depend very strongly on the numerical resolution. We followed the evolution of
the nuclear species involved in the CNO cycle and concluded that the thermonuclear
reactions primarily taking place are those of the cold and not the hot CNO cycle.
The reason behind this could be that under the conditions generally assumed for
multi-dimensional simulations, the envelope is in fact not degenerate. We performed
initial tests for 3D simulations and realized that alternative boundary conditions are
needed. / Klassische Novae sind thermonukleare Explosionen an der Oberfläche von Weißen
Zwergen. Wenn ein solcher sich in einem Doppelsternsystem zusammen mit einem
Hauptreihenstern oder einem späteren Stern befindet, kann Akkretion vom Begleiter
zum Weißen Zwerg stattfinden, falls der Begleitstern seine Roche-Grenze überschre-
itet. Die wasserstoffreiche Hülle, die sich auf der Oberfläche des Sterns bildet, zündet
aufgrund des enormen Gravitationsdrucks in einer Deflagration. Aufgrund der Entar-
tung des Gases führt das nukleare Brennen zu einem thermonuklearen Durchgehen
(engl. runaway)und schließlich zu einer Explosion mit Energien in der Größenord-
nung von 1046 erg. Der Weiße Zwerg bleibt dabei unberührt. Spektralanalysen der
ausgestoßenen Gase deuten auf Isotope hin, die am heißen CNO-Zyklus beteiligt
sind. Dies legt nahe, dass vor oder während der Brennphase eine Durchmischung von
Materie zwischen der akkretierten Hülle und dem Weißen Zwerg stattfinden muss.
Die Konvektion und Deflagration entwickeln sich im Strömungsbereich kleiner
Machzahlen. Wir benutzten den Seven League Hydro code (SLH ), welcher ëber
numerische Verfahren verfügt, die auf einen weiten Bereich von Machzahlen anwend-
bar sind. Daraus errechneten wir Simulationen von Klassischen Novae in zwei und
drei Dimensionen. Basierend auf einem sphärisch-symmetrischen Modell, das wir mit
einem Sternentwicklungscode erstellten, entwickelten wir ein eigenes Nova-Modell.
Wir testeten dies in Kombination mit eienr Reihe von Gittern und Randbedingun-
gen. Anschließend analysierten wir im Detail das Verhalten von Temperatur, Dichte
und nuklearer Energieerzeugungsrate in den Schichten zwischen Weißem Zwerg und
Wasserstoffhülle, wo die Kernfusion hauptsächlich stattfindet, um die Struktur der
Brennzone und deren Einfluss auf die Nukleosynthese zu verstehen. Wir analysierten
die Effizienz der Konvektion, welche Elemente aus dem Weißen Zwerg nach oben in
die Hülle transportiert. Die Ergebnisse entsprechen denen der Literatur, dennoch
hängen sie stark von der numerischen Auflösung ab. Wir untersuchten die Isotopen-
häufigkeit der im CNO-Zyklus beteiligten Elemente, und schloßen hieraus, dass das
Brennen durch den weniger energetischen “kalten” CNO-Zyklus verläuft. Dies kann
darauf zurückgeführt werden, dass unter den Bedingungen, die die Mehrzahl der multi-
dimensionalen Modelle aus der Fachliteratur mit sich bringen, die Wasserstoffhülle
tatsächlich nicht entartet ist. Abschließend simulierten wir testweise 3D-Modelle, aber
neue Randbedingungen sind nötig, um mit den Berechnungen fortfahren zu können.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:uni-wuerzburg.de/oai:opus.bibliothek.uni-wuerzburg.de:13286 |
| Date | January 2016 |
| Creators | Bolaños-Rosales, Alejandro |
| Source Sets | University of Würzburg |
| Language | English |
| Detected Language | German |
| Type | doctoralthesis, doc-type:doctoralThesis |
| Format | application/pdf |
| Rights | https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/de/deed.de, info:eu-repo/semantics/openAccess |
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