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Contribution of Type Ia supernovae to the chemical enrichment of the Milky Way: explosions of sub-Chandrasekhar mass white dwarfs

Gronow, Sabrina

German Title: Beitrag von Type Ia Supernovae zur chemischen Anreicherung der Milchstraße: Explosionen von unter-Chandrasekhar Massen Weißen Zwergen

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Type Ia supernovae (SNe Ia) are important for galactic chemical evolution (GCE) because they produce heavy elements. Sub-Chandrasekhar mass carbon-oxygen white dwarfs with helium shells are favored progenitors for SNe Ia. This thesis investigates the double detonation explosion scenario. A focus lies on an accurate calculation of the detonation propagation in the white dwarf shell and the assumption of core-shell mixing. Parameter studies were conducted to analyse whether variations found in observables of SNe Ia can be reproduced and to provide (metallicity-dependent) nucleosynthetic yields for subsequent radiative transfer calculations and GCE models. Three-dimensional simulations were carried out using the Arepo code. A previously neglected carbon detonation ignition mechanism was found showing that the helium detonation wave convergence is sufficient to ignite carbon in a core-shell transition region. The study shows that various luminosities coinciding with SNe Ia can be reproduced. Metallicity-dependent yields illustrate that a high stellar metallicity shifts the production to stable isotopes while supporting the manganese production. GCE models suggest that the inclusion of this explosion type allows to account for about 80% of the solar manganese abundance. The correlation of [Mn/Fe] with metallicity in the solar neighborhood is supported by the inclusion of metallicity-dependent SNe Ia yields.

Translation of abstract (German)

Type Ia supernovae (SNe Ia) sind wichtig für die chemische Entwicklung von Galaxien, da schwere Elemente in den Explosionen produziert werden. Sub-Chandrasekhar Massen Kohlenstoff-Sauerstoff Weiße Zwerge mit Heliumschalen stellen favorisierte Vorgänger für SNe Ia dar. Diese Arbeit untersucht Doppeldetonations-Explosionsscenarios. Ein Fokus liegt auf einer genauen Berechnung der Heliumdetonationspropagation in der Schale des Weißen Zwerges und der Berücksichtigung von Mischen zwischen Kern und Schale. Parameterstudien wurden durchgeführt, um zu analysieren, ob Variationen in beobachteten SNe Ia reproduziert werden, und, um (metallizitätsabhängige) Isotopenhäufigkeiten für anschließende Strahlungstransportrechnungen und galaktisch-chemische Evolutionsmodelle zur Verfügung zu stellen. Dreidimensionale Simulationen wurden mit dem Arepo Code durchgeführt. Ein zuvor vernachlässigter Zündungsmechanismus der Kohlenstoffdetonation wurde gefunden, welcher zeigt, dass die Konvergenze der Heliumdetonationswelle ausreicht, um eine Kohlenstoffdetonation in einer Übergangsregion zwischen Kern und Schale auszulösen. Die Modelle reproduzieren außerdem eine Reihe von Helligkeiten, welche mit SNe Ia assoziiert werden. Metallizitätsabhängige Isotopenhäufigkeiten zeigen, dass eine hohe Metallizität des Sterns die Produktion stabiler Isotope unterstützt, während die Manganproduktion deutlich verstärkt wird. Ein Model zur galaktisch-chemischen Entwicklung legt nahe, dass es mit Hilfe dieser Explosionsart möglich ist, 80% der solaren Manganproduktion wieder zugeben. Eine Berücksichtigung der metallizitätsabhängigen Isotopenhäufigkeiten unterstützt die Korrelation von [Mn/Fe] mit Metallizität in der Umgebung der Sonne.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Röpke, Prof. Dr. Friedrich
Place of Publication: Heidelberg
Date of thesis defense: 15 June 2021
Date Deposited: 22 Jun 2021 09:11
Date: 2021
Faculties / Institutes: The Faculty of Physics and Astronomy > Dekanat der Fakultät für Physik und Astronomie
Service facilities > Zentrum für Astronomie der Universität Heidelberg (ZAH) > ZAH: Astronomisches Rechen-Institut
Service facilities > Heidelberg Institute for Theoretical Studies (HITS)
Subjects: 500 Natural sciences and mathematics
520 Astronomy and allied sciences
530 Physics
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