Tại sao siêu tân tinh loại Ia sản xuất nhiều sắt hơn loại II

Cuốn sách khóa học của tôi về thiên văn học nói sau đây.

Những ngôi sao già dường như có lượng oxy dồi dào hơn sắt. Giải thích là vào thời mà những ngôi sao cũ này đang hình thành siêu tân tinh loại II là phổ biến, trong khi loại Ia thì không. Vì vậy, sau này, khi loại Ia trở nên phổ biến hơn, các ngôi sao - bây giờ trẻ hơn - được hình thành với lượng sắt dồi dào hơn.

Tại sao siêu tân tinh loại Ia tốt hơn cho việc làm giàu sắt hơn loại II, và những siêu tân tinh loại II này theo cách nào tốt hơn cho sự dồi dào oxy cao hơn - hay chỉ kém sản xuất sắt (và tại sao)?

Bối cảnh

Sắt có năng lượng liên kết hạt nhân cao nhất trong tất cả các nguyên tố (không hoàn toàn đúng, nhưng đủ chính xác trong bối cảnh thiên văn). Vì vậy, hợp nhất các nguyên tố ánh sáng thành sắt hoặc thứ gì đó nhẹ hơn là một quá trình tỏa nhiệt - bạn có được năng lượng làm việc đó, cho phép ngôi sao hoạt động. Đây là những gì xảy ra trong giai đoạn cuối của siêu tân tinh loại II. Cốt lõi của một ngôi sao khổng lồ trong những giây phút cuối đời là nóng và đủ dày đặc để hợp nhất silicon thành sắt. Ngay trước vụ nổ siêu tân tinh, có một quả bóng sắt gồm khoảng 1,4 khối lượng mặt trời ở trung tâm.

Tổ tiên của siêu tân tinh loại Ia là một hệ nhị phân trong đó một ngôi sao "bình thường" mất khối lượng vào tàn dư sao nhỏ gọn (sao lùn trắng). Khi sao lùn trắng Contexthas tích lũy đủ khối lượng vượt quá giới hạn 1,4 khối lượng mặt trời, phản ứng tổng hợp lại bắt đầu, làm tan rã hoàn toàn vật thể nhỏ gọn.

Vụ nổ

Một SN Ia tiêu diệt hoàn toàn tổ tiên lùn trắng trong một quá trình hợp nhất chạy trốn.

Trong SN II, áp lực lên quả bóng sắt trung tâm vượt quá áp suất thoái hóa do các electron trong vỏ electron của nguyên tử sắt gây ra. Nguyên lý Fermi trong cơ học lượng tử nói rằng không có Fermion (như electron) có thể chiếm trạng thái cơ học lượng tử giống như trạng thái khác. Áp suất tác động ở đây lớn đến mức các electron của các nguyên tử sắt không còn có thể tuân theo nó và bị buộc vào hạt nhân, nơi chúng phản ứng với các proton để tạo thành neutron.

Sự phong phú về sắt

Tại sao SN Ia làm phong phú môi trường của họ với nhiều chất sắt hơn SN II? Đây không phải là vấn đề sản xuất sắt, mà là bao nhiêu lượng sắt đó kết thúc trong không gian giữa các vì sao nó có thể là một phần của thế hệ sao mới. Trong một SN Ia, tổ tiên bị phá hủy hoàn toàn, phân tán tất cả các nguyên tử cấu thành của nó vào thiên hà chủ của nó. Một SN II tạo thành tàn dư nhỏ gọn, là sao neutron hoặc lỗ đen. Rất nhiều sản phẩm nhiệt hạch nặng hơn về sau không được mang ra ngoài trong vụ nổ siêu tân tinh mà trở thành một phần của tàn dư nhỏ gọn.

Lưu ý rằng rất nhiều nguyên tố nặng nằm rải rác từ siêu tân tinh của "ngôi sao lớn nổ tung" là do lượng neutrino dồi dào thoát khỏi vụ nổ trung tâm và phản ứng với lớp vỏ ngoài của các nguyên tố nhẹ hơn bị thổi bay.