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Dissertation zugänglich unter
URN: urn:nbn:de:gbv:18-43980
URL: http://ediss.sub.uni-hamburg.de/volltexte/2009/4398/


Modeling Light Curves of Type Ia Supernovae

Modellierung von Lichtkurven von Typ Ia Supernovae

Jack, Dennis

pdf-Format:
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SWD-Schlagwörter: Supernova , Astronomie
Basisklassifikation: 39.20
Institut: Physik
DDC-Sachgruppe: Astronomie, Kartographie
Dokumentart: Dissertation
Hauptberichter: Hauschildt, Peter H. (Prof. Dr.)
Sprache: Englisch
Tag der mündlichen Prüfung: 13.11.2009
Erstellungsjahr: 2009
Publikationsdatum: 10.12.2009
Kurzfassung auf Englisch: The main topic of this work is the introduction of time dependence into PHOENIX. This has
been achieved for both the radiation field and the matter in the SN Ia model atmosphere.
First, time dependence in the radiative transfer equation has been implemented. Two
discretization schemes have been used for the implementation of the time derivative. Test
calculations have been performed to confirm the correctness of the implementations. The
radiation time scale computed with the time dependent radiative transfer is comparable to a
simple analytic approach. Perturbations of the inner boundary condition of the atmosphere
move through the whole atmosphere. For instance, an atmosphere with a sinusoidally varying
inner light bulb leads to an atmosphere where the luminosity varies sinusoidally everywhere.
For the next extension of time dependence for the matter, a simple hydrodynamical solver
has been implemented. It computes the changes in the energy of an SN Ia atmosphere by
considering the homologous expansion, energy transport and the deposition of energy by
g -ray emission due to the radioactive decay of 56Ni and 56Co. Test calculations verified that
each part of the solver works correctly. The energy deposition heats the atmosphere and
increases the observed luminosity, whereas the adiabatic expansion cools the atmosphere.
The energy transport always pushes the temperature structure of the atmosphere towards the
radiative equilibrium state.
The hydrodynamical solver has been applied to calculate SN Ia model light curves. With
the assumption of an LTE atmosphere, the model light curves are already in good agreement
with the observed light curves of SN 1999ee and SN 2002bo. Some deviations between
model and observed light curves occur in the near-infrared. In order to improve the model
light curves, a calculation with different energy input has been performed. If more energy
is deposited into the atmosphere the model light curves in all bands become brighter. With
less energy input, fainter model light curves are the result. However, this did not improve
the model light curves in the near-infrared. Three different explosion models have been used
to compute model light curves of SNe Ia. The delayed detonation model DD 16 can be
eliminated as the correct explosion model as it is too faint to reproduce the observed light
curves. The best fits to the observed light curves have been achieved with theW7 deflagration
model, while the DD 25 model also delivers reasonable model light curves.
It has been shown that scattering in the treatment of radiative transfer is important for
the calculation of SN Ia model light curves. Thus, more sophisticated NLTE model light
curves have been calculated. At first, the LTE temperature structures have been used. The
assumption of NLTE changes themodel light curves in some bands. Significant improvement
for the I band model light curve has been achieved. Further model light curves where the
temperature structure can adapt to the NLTE conditions have been computed. This increased
the computation time dramatically. But no significant improvements compared to the NLTE
light curves with fixed LTE temperature structure have been found.
Kurzfassung auf Deutsch: und 56Co entsteht. Testrechnungen f¨ur jeden einzelnen Teil der Implementation
wurden durchgef¨uhrt. Der Energiezuwachs f¨uhrt zur Erw¨armung der Atmosph¨are und
verst¨arkt die Leuchtkraft, wogegen die adiabatische Expansion die Atmosph¨are abk¨uhlt. Der
Energietransport ver¨andert die Temperaturstruktur der Atmosph¨are in Richtung des Strahlungsgleichgewicht.
Der hydrodynamische L¨oser wurde zur Berechnung von SN Ia Modelllichtkurven angewendet.
Mit der Annahme von LTE in der Atmosph¨are wurden Lichtkurven errechnet, die
mit den beobachteten von SN 1999ee und SN 2002bo gut ¨ubereinstimmen. Einige Abweichungen
ergeben sich jedoch f¨ur den Nahinfrarot-Bereich. Um die Lichtkurven weiter zu
verbessern wurden Berechnungen mit unterschiedlicher Energieeinspeisung durchgef¨uhrt.
Mit mehr Energieeinspeisung werden die Lichtkurven zu jeder Zeit heller, bei weniger Energieeinspeisung
entsprechend dunkler. Ein Verbesserung der Nahinfrarot-Lichtkurven wurde
jedoch nicht erreicht. Drei verschiedene Explosionsmodelle wurden f¨ur die SN Ia Lichtkurvenberechnungen
benutzt. Das Modell der verz¨ogerten Detonation DD 16 kann als richtiges
Explosionsmodell ausgeschlossen werden. Die Lichtkurven sind zu dunkel um die beobachteten
Lichtkurven zu reproduzieren. Die am besten passende Lichtkurve wurde mit dem W7
Deflagrationsmodell erzielt. Das Modell DD 25 erzielt auch gut passende Lichtkurven.
Es wurde gezeigt, dass Streuung wichtig f¨ur die Behandlung des Strahlungstransports bei
der Berechnung von Modelllichtkurven von SNe Ia ist. Deshalb wurden komplexere NLTE
Modelllichtkurven berechnet. Zuerst wurde daf¨ur die Temperaturstruktur der LTE Berechnungen
benutzt. Mit der Annahme von NLTE erh¨alt man ¨Anderungen in den Lichtkurven.
Dabei wurden erhebliche Verbesserungen in der Lichtkurve im I Band erzielt. Weitere Modelle
wurden berechnet, bei denen sich die Temperaturstruktur den NLTE Bedingungen anpassen
k¨onnten. Dies erh¨oht die Berechnungszeit gewaltig. Es wurden jedoch kaum

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