Sự suy sụp lõi và Siêu tân tinh

Sự kết thúc của một ngôi sao khối lượng lớn, hoặc sự bùng nổ của một sao lùn trắng, giải phóng trong vài giây nhiều năng lượng hơn Mặt Trời phát ra trong toàn bộ vòng đời của nó, tạm thời làm lu mờ một thiên hà và tạo ra, phân tán các nguyên tố mới.

Definition

Suy sụp lõi là sự sụp đổ thảm khốc của lõi sắt của một ngôi sao khối lượng lớn khi nó vượt quá khối lượng mà áp suất suy biến của nó có thể hỗ trợ, và siêu tân tinh là vụ nổ phát sáng sau đó, dù là từ sự suy sụp như vậy hay từ sự phá vỡ nhiệt hạch của một sao lùn trắng.

Scope

Chủ đề này bao gồm sự suy sụp lõi sắt của một ngôi sao khối lượng lớn khi sự hỗ trợ suy biến không còn, sự nảy bật và cơ chế điều khiển bằng neutrino có thể làm sống lại sóng xung kích bị đình trệ để tạo ra một siêu tân tinh suy sụp lõi, sự bùng nổ nhiệt hạch tương phản của một sao lùn trắng như một siêu tân tinh loại Ia, phân loại quang phổ của siêu tân tinh, và các tàn dư cùng sự làm giàu mà chúng để lại.

Core questions

• Điều gì kích hoạt sự suy sụp lõi của một ngôi sao khối lượng lớn?
• Sự suy sụp biến thành một vụ nổ như thế nào?
• Siêu tân tinh nhiệt hạch và siêu tân tinh suy sụp lõi khác nhau như thế nào?
• Siêu tân tinh để lại gì?

Key concepts

• suy sụp lõi sắt
• nảy bật lõi
• cơ chế điều khiển bằng neutrino
• siêu tân tinh loại Ia
• siêu tân tinh loại II
• tàn dư siêu tân tinh
• ngọn nến tiêu chuẩn

Key theories

Sự suy sụp lõi sắt và cơ chế neutrino

Khi một lõi sắt vượt quá khối lượng Chandrasekhar hiệu dụng, nó sụp đổ cho đến khi mật độ hạt nhân ngăn chặn nó, tạo ra một sóng xung kích bị đình trệ; năng lượng được gửi bởi dòng neutrino cường độ cao được cho là làm sống lại sóng xung kích và thúc đẩy vụ nổ, để lại một sao neutron hoặc lỗ đen.

Siêu tân tinh nhiệt hạch loại Ia

Một sao lùn trắng carbon-oxy bị đẩy về phía giới hạn Chandrasekhar do bồi tụ hoặc hợp nhất sẽ kích hoạt một quá trình đốt cháy nhiệt hạch không kiểm soát làm phá vỡ hoàn toàn ngôi sao; vì những vụ nổ này rất đồng nhất, chúng đóng vai trò là các chỉ số khoảng cách vũ trụ có thể chuẩn hóa.

Mechanisms

Trong một ngôi sao khối lượng lớn, lõi sắt trơ phát triển cho đến khi nó vượt quá khối lượng mà áp suất suy biến có thể hỗ trợ, sau đó sụp đổ trong vòng chưa đầy một giây; lõi bên trong cứng lại ở mật độ hạt nhân và nảy bật, nhưng sóng xung kích bị đình trệ cho đến khi các neutrino thoát ra từ sao neutron sơ khai gửi đủ năng lượng để khởi động lại nó, thổi bay lớp vỏ. Thay vào đó, trong một sao lùn trắng, sự hợp hạch carbon không kiểm soát giải phóng đủ năng lượng để phá vỡ toàn bộ ngôi sao.

Clinical relevance

Siêu tân tinh phân tán các nguyên tố nặng làm giàu các thiên hà và gieo mầm các ngôi sao và hành tinh mới, thúc đẩy các sóng xung kích giữa các vì sao và sự tăng tốc tia vũ trụ, để lại các sao neutron và lỗ đen, và cung cấp, trong các sự kiện loại Ia, các ngọn nến tiêu chuẩn đã tiết lộ sự giãn nở tăng tốc của vũ trụ.

History

Baade và Zwicky đã đặt ra thuật ngữ siêu tân tinh vào năm 1934 và liên kết nó với sự hình thành sao neutron, Colgate, Arnett, Bethe và những người khác đã phát triển cơ chế điều khiển bằng neutrino, và siêu tân tinh 1987A trong Đám mây Magellan Lớn đã cung cấp phát hiện đầu tiên về neutrino từ một lõi đang sụp đổ.

Debates

Sự mạnh mẽ của cơ chế nổ điều khiển bằng neutrino

Việc tái tạo các vụ nổ suy sụp lõi thành công trong các mô phỏng từ lâu đã khó khăn; liệu sự gia nhiệt neutrino được hỗ trợ bởi các bất ổn đa chiều có đủ hay không, hoặc liệu sự quay và từ trường có cần thiết trong một số trường hợp hay không, vẫn đang được tích cực điều tra.

Key figures

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

Seminal works

• woosley2002
• baade1934

Frequently asked questions

Tại sao một lõi đang sụp đổ lại nổ thay vì chỉ sụp đổ?

Lõi bên trong đột ngột cứng lại ở mật độ hạt nhân và nảy bật, tạo ra một sóng xung kích; mặc dù sóng xung kích này bị đình trệ, dòng neutrino khổng lồ thoát ra từ sao neutron mới sinh có thể gửi đủ năng lượng phía sau nó để khởi động lại sóng xung kích và thổi bay các lớp bên ngoài của ngôi sao.

Tất cả các siêu tân tinh có giống nhau không?

Không, có hai loại chính: siêu tân tinh suy sụp lõi đánh dấu sự kết thúc của các ngôi sao khối lượng lớn và để lại một sao neutron hoặc lỗ đen, trong khi siêu tân tinh loại Ia phát sinh từ sự phá vỡ nhiệt hạch của một sao lùn trắng và không để lại tàn dư đặc; chúng khác nhau về quang phổ và đường cong ánh sáng.