Коллапс ядра и сверхновые звезды

Гибель массивной звезды или взрывное воспламенение белого карлика высвобождает за секунды больше энергии, чем Солнце излучает за всю свою жизнь, кратковременно затмевая галактику и создавая и рассеивая новые элементы.

Definition

Коллапс ядра — это катастрофический имплозия железного ядра массивной звезды, как только оно превышает массу, которую может поддерживать давление вырождения, а сверхновая — это результирующий яркий взрыв, будь то от такого коллапса или от термоядерного разрушения белого карлика.

Scope

Тема охватывает коллапс железного ядра массивной звезды при нарушении вырожденной поддержки, отскок и нейтрино-обусловленный механизм, который может возобновить затухшую ударную волну для образования сверхновой с коллапсом ядра, контрастирующий термоядерный взрыв белого карлика как сверхновую типа Ia, спектральную классификацию сверхновых, а также остатки и обогащение, которые они оставляют после себя.

Core questions

• Что вызывает коллапс ядра массивной звезды?
• Как коллапс превращается во взрыв?
• Чем отличаются термоядерные сверхновые и сверхновые с коллапсом ядра?
• Что оставляют после себя сверхновые?

Key concepts

• коллапс железного ядра
• отскок ядра
• нейтрино-обусловленный механизм
• сверхновая типа Ia
• сверхновая типа II
• остаток сверхновой
• стандартная свеча

Key theories

Коллапс железного ядра и нейтринный механизм

Когда железное ядро превышает эффективную массу Чандрасекара, оно коллапсирует до тех пор, пока ядерные плотности не остановят его, запуская ударную волну, которая затухает; считается, что энергия, выделяемая интенсивным потоком нейтрино, возрождает ударную волну и вызывает взрыв, оставляя нейтронную звезду или черную дыру.

Термоядерные сверхновые типа Ia

Углеродно-кислородный белый карлик, приближающийся к пределу Чандрасекара из-за аккреции или слияния, воспламеняет неуправляемое термоядерное горение, которое полностью разрушает звезду; поскольку эти взрывы очень однородны, они служат стандартизуемыми космологическими индикаторами расстояния.

Mechanisms

В массивной звезде инертное железное ядро растет до тех пор, пока не превысит массу, которую может поддерживать давление вырождения, затем коллапсирует менее чем за секунду; внутреннее ядро затвердевает при ядерной плотности и отскакивает, но ударная волна затухает до тех пор, пока нейтрино, вырывающиеся из протонейтронной звезды, не передадут достаточно энергии для ее перезапуска, сбрасывая оболочку. В белом карлике же неуправляемый синтез углерода высвобождает достаточно энергии, чтобы полностью разрушить всю звезду.

Clinical relevance

Сверхновые рассеивают тяжелые элементы, которые обогащают галактики и служат зародышем для новых звезд и планет, вызывают межзвездные ударные волны и ускорение космических лучей, оставляют после себя нейтронные звезды и черные дыры, а также предоставляют, в событиях типа Ia, стандартные свечи, которые выявили ускоряющееся расширение Вселенной.

History

Бааде и Цвикки ввели термин «сверхновая» в 1934 году и связали его с образованием нейтронных звезд; Кольгейт, Арнетт, Бете и другие разработали нейтрино-обусловленный механизм, а сверхновая 1987A в Большом Магеллановом Облаке предоставила первое обнаружение нейтрино от коллапсирующего ядра.

Debates

Надежность нейтрино-обусловленного механизма взрыва

Воспроизведение успешных взрывов с коллапсом ядра в симуляциях долгое время было затруднительным; активно исследуется вопрос о том, достаточно ли нейтринного нагрева, поддерживаемого многомерными нестабильностями, или же в некоторых случаях необходимы вращение и магнитные поля.

Key figures

• Fritz Zwicky
• Walter Baade
• Hans Bethe
• Stanford Woosley

Seminal works

• woosley2002
• baade1934

Frequently asked questions

Почему коллапсирующее ядро взрывается, а не просто имплодирует?

Внутреннее ядро внезапно затвердевает при ядерной плотности и отскакивает, запуская ударную волну; хотя эта ударная волна затухает, огромный поток нейтрино, выходящих из новорожденной нейтронной звезды, может передать достаточно энергии за ней, чтобы перезапустить ударную волну и сбросить внешние слои звезды.

Все ли сверхновые одинаковы?

Нет, существует два основных типа: сверхновые с коллапсом ядра отмечают гибель массивных звезд и оставляют нейтронную звезду или черную дыру, в то время как сверхновые типа Ia возникают в результате термоядерного разрушения белого карлика и не оставляют компактного остатка; они различаются по своим спектрам и кривым блеска.