ทำไมสสารถึงยุบตัวในแกนกลางหลังจากการระเบิดของซุปเปอร์โนวา

หลังจากการระเบิดของซุปเปอร์โนวาดาวฤกษ์อาจกลายเป็นดาวแคระขาวดาวนิวตรอนหลุมดำหรือเป็นเพียงฝุ่นดาวฤกษ์และแก๊สที่เหลือ

ไม่รวมถึงกรณีหลังเหตุใดแกนกลางของดาวจึงยุบตัวลงหลังจากเหตุการณ์ดังกล่าวที่วัตถุระเบิดและกระจายอยู่ในอวกาศ

เพื่อที่จะ "ระเบิดอะไรบางอย่าง" คุณจะต้องปลดปล่อยพลังงานมากกว่าพลังงานที่มีผลผูกพันและมีวิธีดักจับพลังงานนั้นดังนั้นมันจึงไม่สามารถหนีออกมาได้ในอีกทางหนึ่ง

ที่ใจกลางของซูเปอร์โนวาแกนกลางยุบตัวคือรัศมี 10 กม. $1.4 M_{\odot}$ลูกบอลของ (เกือบ) นิวตรอน พลังงานความโน้มถ่วงผูกพันของมันคือ$\sim GM^2/R = 5\times 10^{46}$ เจ

นี่คือเกือบเท่าพลังงานที่ปล่อยออกมาจากการล่มสลายของแกนจากขนาดที่ใหญ่กว่ามาก (เช่นพลังงานของซูเปอร์โนวาคือแรงโน้มถ่วงที่จะเริ่มต้นด้วย) และเนื่องจากพลังงานบางส่วนเข้าสู่นิวเคลียสของเหล็กที่แยกตัวออกและทำให้นิวตรอน กระบวนการ) และส่วนที่เหลือส่วนใหญ่หนีออกมาในรูปแบบของนิวตริโนแล้วมีพลังงานไม่เพียงพอที่จะแยกออกจากแกนกลาง เพียงเศษเสี้ยวเล็ก ๆ (1%) ของพลังงานนี้จะถูกถ่ายโอนไปยังซองจดหมายของดาวฤกษ์ดั้งเดิมซึ่งเนื่องจากมีรัศมีที่ใหญ่กว่ามาก (อย่างน้อย 5 คำสั่งของขนาด) ก็เพียงพอที่จะเอาชนะพลังงานแรงดึงดูดและแรงระเบิด สู่อวกาศ

กรณีของซุปเปอร์โนวาประเภท Ia (ดาวแคระขาวที่ระเบิด) นั้นแตกต่างกันมาก ที่นี่แหล่งพลังงานไม่ใช่การยุบตัวด้วยแรงโน้มถ่วง แต่เกิดจากการระเบิดด้วยความร้อนของคาร์บอนและออกซิเจนทั้งหมดที่ประกอบเป็นดาวแคระขาวเพื่อก่อตัวเป็นธาตุเหล็กสูงสุด กระบวนการคายความร้อนนี้ปล่อยพลังงานที่เพียงพออย่างรวดเร็วเพื่อแยกดาวฤกษ์ดั้งเดิมออก (เช่นดูที่นี่ ) และมันถูกทำลายไปอย่างสมบูรณ์

สิ่งที่ขาดหายไปจากคำอธิบายข้างต้นคือสิ่งที่เกิดขึ้นจริงซึ่งทำให้เกิดการระเบิดทุกชนิด

ฉันจะขโมยจาก xkcd เพื่อช่วยในเรื่องนี้:

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

และนี่คือบทความจาก Max Planck Institute ที่พูดถึงเชิงลึกเกี่ยวกับธรรมชาติของมุมมองนิวตริโน:

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

ในที่สุดเมื่อดาวอยู่ในช่วงเวลาที่กำลังจะตายมันเริ่มเปล่งนิวตริโน นิวตริโนมากมาย ... ด้วยพลังงานจำนวนมาก ตอนนี้ฉันแน่ใจว่าคุณกำลังคิด "สิ่งที่จะทำ ... พวกเขาไม่ได้ชั่งน้ำหนักอะไรมาก" แต่นี่เป็นเหมือนการถูกฝังอยู่ในสนามฟุตบอลที่มีมด ... มีนิวตริโนมากมายที่บรรจุพลังงานมากจนพวกมันทำให้ชั้นนอกของดาวถูกพัดออกไปด้านนอกด้วยพลังงานมากพอที่จะพามันออกจากแรงโน้มถ่วง ของที่เหลืออยู่

อ่า ... แต่ยังมีเรื่องอื่นอีกอีกไหม? เนื่องจากใกล้กับศูนย์กลางแรงโน้มถ่วงที่ลึกที่สุดและอยู่ใกล้กับศูนย์กลางอนุภาคใด ๆ (นิวเคลียส / นิวตรอน) จะถูกทิ้งระเบิดประมาณเท่า ๆ กันในทุกทิศทางโดยนิวตริโน ... ดังนั้นโมเมนตัมทั้งหมดจึงยกเลิกไปอย่างมีประสิทธิภาพ บางเรื่องถูกย้ายไปเล็กน้อย ... แต่กลับเข้าสู่แรงโน้มถ่วงที่ลึกมาก

ฉันแน่ใจว่ามันจะเป็นภาพที่เห็น ... ในช่วงเวลาสั้น ๆ ก่อนที่คุณจะถูกไอระเหยโดยนิวตริโน (และพลังงานอื่น ๆ ) อย่างน้อยที่สุด

พบคำตอบในเว็บไซต์นาซ่า

การล่มสลายเกิดขึ้นเร็วมากจนทำให้เกิดคลื่นกระแทกขนาดมหึมาที่ทำให้ส่วนนอกของดาวระเบิด!

นี่หมายความว่าแกนกลางยังคงมีอยู่ต่อไป

หลังจากการระเบิดของซุปเปอร์โนวาเหตุการณ์อาจทำให้วัตถุมีขนาดกะทัดรัดเป็นดาวนิวตรอนหรือหลุมดำ วัตถุยังสามารถสะสมวัสดุเช่นจากการตกกลับหรือดาวข้างเคียง ถ้าวัตถุนั้นเป็นดาวนิวตรอนมันก็อาจยุบตัวลงไปในหลุมดำ

โปรดทราบว่าดาวมวลสูงในช่วงมวลดวงอาทิตย์ 50-150 สามารถระเบิดได้ในปลายซูเปอร์โนวาทำให้ไม่มีแกนใด ๆ เลยเพราะสิ่งที่เรียกว่า "ความไม่แน่นอนของคู่"

ในดาวฤกษ์มีแรงต้านสองแรงดึงที่จะรักษาสมดุลของแรงโน้มถ่วงซึ่งกันและกันคือแรงโน้มถ่วงที่ทำให้เกิดการยุบตัวในขณะที่แรงดันจากปฏิกิริยาฟิวชั่นภายในต่อต้านแนวโน้มที่จะยุบตัว ดาวฤกษ์คล้ายดวงอาทิตย์ขนาดเล็กเมื่อใช้เชื้อเพลิงไฮโดรเจนเกือบทั้งหมดแล้วจะเริ่มฮีเลียม "เผาไหม้" และกลายเป็นดาวยักษ์แดง เมื่อฮีเลียมไหลออกมาพวกมันจะพองตัวออกจากชั้นนอกในโนวาและยุบตัวเป็นดาวแคระขาวรอบขนาดของโลก ดาวแคระขาวเหล่านี้มีความหนาแน่นและหนักมากอย่างน่าอัศจรรย์เนื่องจากมวลของดาวฤกษ์ดั้งเดิมส่วนใหญ่ถูกบีบอัดให้มีปริมาตรค่อนข้างน้อย การยุบตัวอีกครั้งนั้นถูกต้านทานโดยแรงที่เรียกว่าความดันของอิเล็กตรอน

ดาวฤกษ์ที่มีขนาดใหญ่กว่าดวงอาทิตย์จะไปรวมตัวกันเป็นองค์ประกอบนอกเหนือจากฮีเลียมสร้างองค์ประกอบที่หนักขึ้นอย่างต่อเนื่องจนกว่าจะถึงธาตุเหล็ก การรวมกันของธาตุต่าง ๆ นอกเหนือจากเหล็กนั้นต้องใช้พลังงานมากกว่าการผลิตใด ๆ และไฟนิวเคลียร์ดับดังนั้นจึงไม่มีการสนับสนุนจากแรงดันรังสีที่ชั้นนอกของดาวล่มสลายทำให้เกิดการระเบิดซูเปอร์โนวา ความดันลดลงของอิเล็กตรอนไม่เพียงพอที่จะป้องกันการยุบตัวที่รุนแรงกว่าที่เกิดขึ้นกับดาวฤกษ์ขนาดเล็กกว่ามาก ตามมวลของดาวที่ยุบตัวนี้จะส่งผลให้เกิดการก่อตัวของดาวนิวตรอนซึ่งเป็นเหมือนนิวเคลียสขนาดยักษ์ที่มีความหนาแน่นอย่างไม่น่าเชื่อประมาณ 6 ไมล์ แต่มีมวลเทียบเท่ากับดวงอาทิตย์หลายดวงของเรา หรือมันจะยุบตัวต่อไปเพื่อสร้างเอกฐานหลุมดำที่สสารเข้าสู่สถานะที่รัฐไม่เข้าใจโดยวิทยาศาสตร์ ดวงอาทิตย์ของเรามีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 860,000 ไมล์