Почему материя остается разрушенной в ядре после взрыва сверхновой?

9

После взрыва сверхновой звезда может превратиться в белого карлика, нейтронную звезду, черную дыру или просто звездную пыль и остатки газа.

За исключением последнего случая, почему и как ядро ​​звезды остается разрушенным после такого события, когда вещество взрывается и рассеивается в космосе?

Riccardo
источник
1
Это другой способ. Крах приходит первым, а потом взрывом. В основном, ядро ​​пребывания разрушается, и внешняя часть падает, чтобы заполнить пустоту, становится очень горячей (частично в результате энергии, излучаемой разрушающимся ядром и частично от его собственного падения) и взрывается взрывом.
Стив Линтон
Стив, вот о чем вопрос. После взрыва нейтронная звезда или черное целое может остаться на месте. Почему вещество, оставшееся после взрыва, разрушается в таких плотных объектах? может быть, новый взрыв вытесняет только часть коллапсирующей звезды?
Риккардо
1
@uhoh Я имел в виду пыль и газ
Риккардо
7
@riccardo именно так. Взрыв происходит вокруг свернутого ядра звезды, выдувая наружные слои наружу, но оставляя ядро, в некоторых случаях нетронутым
Стив Линтон
1
WRT черная дыра, потому что - очевидно! - сила тяжести такова, что скорость выхода превышает скорость света. Таким образом, ничто не может избежать. Случай с нейтронной звездой чуть менее экстремален.
jamesqf

Ответы:

19

Для того, чтобы «взорвать что-то», вам нужно выпустить больше энергии, чем его энергии связи, и иметь способ уловить эту энергию, чтобы она не могла сбежать другим способом.

В центре сверхновой коллапса ядра находится радиус 10 км, шарик (почти) нейтронов. Его гравитационная энергия связи составляет Дж.1.4MGM2/R=5×1046

Это почти точно то, сколько энергии высвобождается при распаде ядра от гораздо большего размера (т.е. энергия сверхновой с самого начала гравитационная), и поскольку часть этой энергии идет на диссоциацию ядер железа и образование нейтронов (оба являются эндотермическими) процессы) и большинство остальных уходит в виде нейтрино, тогда не может быть достаточно энергии, чтобы развязать ядро. Только незначительная часть (1%) эта энергия передается конверту оригинальной звезды, так как он имеет гораздо больший радиус (по крайней мере , 5 порядков), является достаточно , чтобы преодолеть свою гравитационную энергию связи и взорвать его в космос.

Случай со сверхновой типа Ia (взрывающийся белый карлик) совершенно другой. Здесь источником энергии является не гравитационный коллапс, а термоядерная детонация всего углерода и кислорода, составляющих белого карлика, с образованием железных пиковых элементов. Этот экзотермический процесс быстро высвобождает достаточно энергии, чтобы развязать исходную звезду (например, см. Здесь ), и она полностью разрушается.

Роб Джеффрис
источник
1
Очень полезный! Спасибо!
Риккардо
«Это почти точно, сколько энергии выделяется при коллапсе ядра из гораздо большего размера (т.е. энергия сверхновой с самого начала гравитационная), и поскольку часть этой энергии идет на диссоциацию ядер железа и образование нейтронов (оба эндотермические процессы), и большинство остальных уходит в виде нейтрино, тогда не может быть достаточно энергии, чтобы развязать ядро ​​". Таким образом, энергия, выделяемая при сплавлении почти всего конверта в никель-56 за пару секунд, не считается, тогда?
Шон
@Sean Это не то, что происходит в сверхновой коллапса ядра, и выброшенная оболочка состоит преимущественно из водорода и гелия. Ядро уже находится в форме железных пиковых элементов, когда оно разрушается. Любой (ограниченный) синтез за пределами ядра не влияет на ядро, так как он полностью отделен от оболочки во время коллапса. Любое слияние в оболочке также энергетически незначительно по сравнению с энергией (каким-то образом), выделяемой огромным потоком нейтрино.
Роб Джеффрис
7

Чего не хватает в приведенных выше объяснениях, так это того, что на самом деле происходит, что вызывает любой взрыв.

Я собираюсь украсть из xkcd, чтобы помочь с этим:

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

А вот статья из Института Макса Планка, в которой подробно рассказывается о природе аспекта нейтрино:

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

В конечном счете, когда звезда находится в умирающих моментах, она начинает испускать нейтрино. Много нейтрино ... с большим количеством энергии. Теперь, я уверен, вы думаете, «что бы это сделать ... они ничего не весят». Но это буквально похоже на погребение на футбольном стадионе с муравьями ... так много нейтрино упаковывают столько энергии, что они буквально заставляют внешнее вещество звезды вылетать наружу с достаточно большой энергией, чтобы унести ее от гравитации хорошо из оставшегося вопроса.

Ах ... но как же осталось дело? Поскольку вблизи центра гравитационная яма является самой глубокой, а также вблизи центра любая частица (ядро / нейтрон) бомбардируется нейтрино примерно одинаково во всех направлениях ... поэтому суммарный импульс эффективно сводится к нулю. Некоторая часть материи немного сдвинута ... но хорошо возвращается в глубокую гравитацию.

Я уверен, что это было бы зрелище, чтобы созерцать ... в течение этого короткого момента, прежде чем вы испарились нейтрино (и вся другая энергия), по крайней мере.

Реджинальд Блю
источник
Насколько близко к такому взрыву может находиться и выживать человек на чем-то вроде МКС? А как насчет спутника с дистанционным управлением или другого транспортного средства без человека на борту?
дБ
1
@db: около 50-100 световых лет: earthsky.org/astronomy-essentials/supernove-distance Это для Земли, с атмосферой и С, чтобы предложить немного защиты.
jamesqf
1
«Суммарный импульс обнуляется». Это не так, как работает давление. Давление, вызванное нейтрино, является самым высоким в центре.
Роб Джеффрис
1
@IlmariKaronen Градиент давления внутри ядра остатка сверхновой также намного выше, чем где-либо еще в звезде.
Роб Джеффрис
1
@IlmariKaronen Но, конечно, точно ноль, точно в центре, по определению.
Роб Джеффрис
2

Нашел ответ на сайте НАСА

Коллапс происходит так быстро, что он создает огромные ударные волны, которые вызывают взрыв внешней части звезды!

Это означает, что ядро ​​как-то переживает взрыв

Riccardo
источник
4
Разве это не напрашивается на вопрос? (в первоначальном смысле этого слова). «Дело остается разрушенным в ядре, потому что ... ударные волны вызывают взрыв внешней части», на самом деле ничего не объясняет. Ключевая часть этого ответа теряется в «как-то» бит в конце. Можно ли уточнить, что это за «как-то», пожалуйста?
SusanW
0

После взрыва сверхновой событие может оставить компактный объект в виде нейтронной звезды или черной дыры. Объект все еще может нарастать материалы, такие как откат назад или его спутник. Если объект является нейтронной звездой, он может в дальнейшем разрушиться в черную дыру.

Корнпоб Бхиромбхакди
источник
Вот в чем вопрос ! Как ядро ​​может пережить такой взрыв, который рассеет вещество в течение 11 световых лет? Это размер Крабовидной туманности ....
Риккардо
1
Я думаю, что основной вопрос заключается в том, как это происходит, а не в том, что происходит.
Карл Виттофт
1
@Riccardo в космосе, как только вы рассеиваете материю до такой степени, что ее собственная гравитация не потянет ее назад, она просто продолжит движение. Если вы будете ждать достаточно долго, он будет распространяться на 11, 1100 или 11000 световых лет.
Стив Линтон
1
Правильный! Я был одурачен, думая, что этот вопрос перестанет расширяться, как это происходит на земле :-)
Риккардо
@Riccardo: гравитация. Нейтронных звезд много .
Шон
0

Обратите внимание, что массивные звезды в диапазоне масс Солнца 50-150 могут взорваться в конце сверхновой, не оставляя ядра вообще из-за того, что называется «парная неустойчивость».

Ханнея Сунцу
источник
-1

В звезде есть две противоборствующие силы, которые обычно уравновешивают друг друга. Гравитация - это сила, которая вызывает коллапс, в то время как радиационное давление от реакций синтеза внутри препятствует тенденции к коллапсу. Маленькие солнечные звезды, когда они израсходуют большую часть своего водородного топлива, начнут «сжигать» гелий и станут красными гигантами. Когда гелий иссякнет, они оторвутся от своих внешних слоев в новой и разрушатся, чтобы сформировать белого карлика размером с Землю. Эти белые карлики удивительно плотные и тяжелые, потому что большая часть массы оригинальной звезды была сжата в сравнительно небольшой объем. Дальнейшему коллапсу противостоит сила, называемая давлением вырождения электронов.

Звезды, намного большие Солнца, будут продолжать плавить элементы за пределами гелия, создавая слои последовательно более тяжелых элементов, пока они не достигнут железа. Слияние элементов за пределами железа требует ввода энергии, а не производства какой-либо энергии, и ядерные пожары исчезают, так что лишенные поддержки от радиационного давления внешние слои звезды разрушаются, вызывая взрыв сверхновой. Давления электронного вырождения недостаточно для предотвращения более резкого коллапса, чем это происходит с гораздо меньшими звездами. Согласно массе коллапсирующей звезды, это либо приведет к образованию нейтронной звезды, которая подобна гигантскому атомному ядру с невероятной плотностью около 6 миль в поперечнике, но содержит массу, эквивалентную нескольким нашим солнцам, или он будет разрушаться дальше, образуя особую черную дыру, в которой материя входит в состояние, не полностью понятное наукой. Наше Солнце, кстати, имеет диаметр 860 000 миль.

Майкл Уолсби
источник
4
Это не решает вопрос вообще.
Роб Джеффрис
1
Материя остается разрушенной из-за огромных гравитационных полей, которые имеют эти остатки сверхновых. Я бы подумал, что это очевидно.
Майкл Уолсби