Dlaczego materia zapada się w jądrze po wybuchu supernowej?

Po wybuchu supernowej gwiazda może zmienić się w białego karła, gwiazdę neutronową, czarną dziurę lub po prostu gwiezdny pył i gaz.

Wyłączając ten drugi przypadek, dlaczego i jak materia jądrowa gwiazdy zapada się po takim zdarzeniu, w którym materia pęka i rozprasza się w przestrzeni?

Aby „wysadzić coś w powietrze” musisz uwolnić więcej energii niż energia wiążąca i mieć sposób na uwięzienie tej energii, aby nie mogła uciec w inny sposób.

W centrum zawalenia się rdzenia supernowe mają promień 10 km, $1.4 M_{\odot}$kula (prawie) neutronów. Jego grawitacyjna energia wiązania jest$\sim GM^2/R = 5\times 10^{46}$ JOT.

Jest to prawie dokładnie ilość energii uwalnianej przez zapadanie się jądra ze znacznie większego rozmiaru (tj. Energia supernowej jest na początku grawitacyjna), a ponieważ część tej energii ulega dysocjacji jąder żelaza i wytworzeniu neutronów (oba endotermiczne procesy), a większość reszty ucieka w postaci neutrin, wtedy nie ma wystarczającej ilości energii, aby uwolnić rdzeń. Tylko niewielki ułamek (1%) tej energii jest przekazywana do koperty pierwotnej gwiazdy, które, ponieważ ma znacznie większy promień (o co najmniej 5 rzędów wielkości), to wystarczy, aby przezwyciężyć swoją grawitacyjną energię wiązania i wysadzenia go w przestrzeń.

Przypadek supernowej typu Ia (wybuchający biały karzeł) jest zupełnie inny. Źródłem energii nie jest tutaj zapadanie grawitacyjne, ale detonacja termojądrowa całego węgla i tlenu, które tworzą białego karła, tworząc pierwiastki szczytowe żelaza. Ten egzotermiczny proces szybko uwalnia wystarczającą ilość energii, aby odłączyć pierwotną gwiazdę (np. Patrz tutaj ) i jest całkowicie zniszczony.

Z powyższych wyjaśnień brakuje tego, co naprawdę się dzieje, co powoduje jakąkolwiek eksplozję.

Zamierzam ukraść z xkcd, aby pomóc w tym:

https://what-if.xkcd.com/73/

A oto artykuł z Maxa Plancka, który mówi dogłębnie o naturze aspektu neutrino:

https://www.mpg.de/11368641/neutrinos-supernovae

Ostatecznie, gdy gwiazda umiera, zaczyna emitować neutrina. Dużo neutrin ... z dużą ilością energii. Jestem pewien, że myślisz „co by to zrobiło… nic nie ważą”. Ale to dosłownie jak pochowanie na stadionie piłkarskim z mrówkami ... jest tak wiele neutrin pakujących tyle energii, że dosłownie powodują, że zewnętrzna materia gwiazdy jest wydmuchiwana na zewnątrz z wystarczająco dużą energią, aby oderwać ją od grawitacji dobrze z pozostałej materii.

Ach ... ale jak pozostała jakaś materia? Ponieważ blisko środka, studnia grawitacyjna jest najgłębsza, a także blisko centrum, każda cząstka (jądro / neutron) jest bombardowana prawie w równym stopniu we wszystkich kierunkach przez neutrina ... więc całkowity pęd skutecznie anuluje się do zera. Część materii została nieco przesunięta ... ale wraca do studni bardzo głębokiej grawitacji.

Jestem pewien, że to byłby widok ... na krótką chwilę, zanim zostaniesz odparowany przez neutrina (i całą pozostałą energię).

Znalazłem odpowiedź na stronie NASA

Zapadnięcie następuje tak szybko, że wytwarza ogromne fale uderzeniowe, które powodują eksplozję zewnętrznej części gwiazdy!

Oznacza to, że rdzeń jakoś przetrwa podmuch

Po wybuchu supernowej wydarzenie może pozostawić zwarty obiekt jako gwiazdę neutronową lub czarną dziurę. Obiekt może nadal akumulować materiały, takie jak akrecja powrotna lub gwiazda towarzysząca. Jeśli obiekt jest gwiazdą neutronową, może dalej zapaść się w czarną dziurę.

Zauważ, że masywne gwiazdy w zakresie mas Słońca 50-150 mogą eksplodować na końcu supernowej, nie pozostawiając żadnego rdzenia, z powodu czegoś zwanego „niestabilnością par”.

W gwieździe występują dwie przeciwstawne siły, które zwykle równoważą się wzajemnie. Grawitacja jest siłą, która indukuje zapadanie się, podczas gdy ciśnienie promieniowania z reakcji fuzji wewnątrz opiera się tendencji do zapadania się. Małe, podobne do słońca gwiazdy, gdy zużyją większość paliwa wodorowego, zaczną „palić” hel i staną się czerwonymi gigantami. Kiedy hel się wyczerpie, zsuną swoje zewnętrzne warstwy w nowej i opadną, tworząc białego karła wielkości Ziemi. Te białe karły są niezwykle gęste i ciężkie, ponieważ większość masy oryginalnej gwiazdy została skompresowana do stosunkowo niewielkiej objętości. Dalszemu zapadaniu się przeciwdziała siła zwana ciśnieniem zwyrodnienia elektronów.

Gwiazdy znacznie większe niż Słońce będą się łączyć pierwiastkami poza helem, tworząc kolejne kolejno cięższe pierwiastki, aż dotrą do żelaza. Stapianie pierwiastków poza żelazem wymaga raczej energii niż wytworzenia, a pożary jądrowe gasną, więc pozbawione wsparcia od ciśnienia promieniowania zapadają się zewnętrzne warstwy gwiazdy, powodując wybuch supernowej. Ciśnienie degeneracji elektronów nie wystarczy, aby zapobiec bardziej drastycznemu zapadnięciu się niż w przypadku znacznie mniejszych gwiazd. Zgodnie z masą zapadającej się gwiazdy, albo spowoduje to powstanie gwiazdy neutronowej, która jest jak gigantyczne jądro atomowe o niewiarygodnej gęstości o średnicy około 6 mil, ale zawierające masę odpowiadającą kilku naszym słońcom, lub zapadnie się dalej, tworząc osobliwość czarnej dziury, w której materia wchodzi w stan nie do końca poznany przez naukę. Nawiasem mówiąc, nasze słońce ma średnicę 860 000 mil.