Tại sao vật chất vẫn sụp đổ trong lõi, sau vụ nổ siêu tân tinh?

Sau vụ nổ siêu tân tinh, một ngôi sao có thể biến thành sao lùn trắng, sao neutron, lỗ đen hoặc chỉ là một bụi và khí sao còn sót lại.

Không bao gồm trường hợp sau, tại sao và làm thế nào để vật chất cốt lõi của ngôi sao bị sụp đổ, sau một sự kiện như vậy khi vật chất bị vỡ và rơi vãi trong không gian?

Để "thổi bay thứ gì đó", bạn cần giải phóng nhiều năng lượng hơn năng lượng liên kết của nó và có cách bẫy năng lượng đó để nó không thể thoát ra theo cách khác.

Tại trung tâm của một siêu tân tinh lõi sụp đổ là một bán kính 10 km, $1.4 M_{\odot}$ bóng của (hầu như) neutron. Năng lượng liên kết hấp dẫn của nó là $\sim GM^2/R = 5\times 10^{46}$ J.

Đây gần như chính xác là bao nhiêu năng lượng được giải phóng khi sự sụp đổ của lõi từ kích thước lớn hơn nhiều (nghĩa là năng lượng của siêu tân tinh bắt đầu hấp dẫn) và vì một phần năng lượng đó đi vào phân tách hạt nhân sắt và tạo ra neutron (cả hai đều là nhiệt các quá trình) và hầu hết các phần còn lại thoát ra dưới dạng neutrino, sau đó không thể có đủ năng lượng để hủy liên kết lõi. Chỉ một phần rất nhỏ (1%) năng lượng này được chuyển đến đường bao của ngôi sao ban đầu, vì nó có bán kính lớn hơn nhiều (ít nhất là 5 bậc độ lớn), là đủ để vượt qua năng lượng liên kết hấp dẫn của nó và làm nổ tung nó trong không gian.

Trường hợp của siêu tân tinh loại Ia (sao lùn trắng nổ tung) khá khác biệt. Ở đây, nguồn năng lượng không phải là sự sụp đổ lực hấp dẫn, mà từ sự kích nổ nhiệt hạch của tất cả các carbon và oxy tạo nên sao lùn trắng, để tạo thành các nguyên tố đỉnh sắt. Quá trình tỏa nhiệt này nhanh chóng giải phóng đủ năng lượng để hủy liên kết ngôi sao ban đầu (ví dụ xem tại đây ) và nó bị phá hủy hoàn toàn.

Điều còn thiếu trong các giải thích ở trên là những gì đang thực sự xảy ra gây ra bất kỳ vụ nổ nào.

Tôi sẽ lấy cắp từ xkcd để giúp với điều này:

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

Và đây là một bài viết từ Viện Max Planck nói sâu về bản chất của khía cạnh neutrino:

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

Cuối cùng, khi ngôi sao đang trong thời khắc tàn lụi, nó bắt đầu phát ra neutrino. Rất nhiều neutrino ... với rất nhiều năng lượng. Bây giờ, tôi chắc chắn rằng bạn đang nghĩ "những gì sẽ làm ... họ không cân nhắc nhiều thứ". Nhưng điều này thực sự giống như bị chôn vùi trong một sân bóng đá với những con kiến ​​... có rất nhiều neutrino chứa rất nhiều năng lượng đến nỗi chúng khiến cho vật chất bên ngoài của ngôi sao bị thổi ra ngoài với năng lượng đủ lớn để mang nó ra khỏi trọng lực cũng của vấn đề còn lại.

À ... nhưng làm thế nào còn vấn đề? Vì ở gần trung tâm, giếng trọng lực là sâu nhất và cũng gần trung tâm, bất kỳ hạt nào (hạt nhân / neutron) đang bị bắn phá gần như theo mọi hướng bởi neutrino ... nên tổng động lượng có hiệu quả hủy bỏ về không. Một số vấn đề được di chuyển một chút ... nhưng rơi trở lại vào trọng lực rất sâu.

Tôi chắc chắn rằng đó sẽ là một cảnh tượng đáng chú ý ... trong khoảnh khắc ngắn ngủi đó trước khi bạn bị bốc hơi bởi neutrino (và tất cả các năng lượng khác) ít nhất.

Tìm thấy câu trả lời trên trang web của NASA

Sự sụp đổ xảy ra quá nhanh đến nỗi nó tạo ra những sóng xung kích cực lớn khiến phần bên ngoài của ngôi sao nổ tung!

Điều này có nghĩa là cốt lõi sống sót sau vụ nổ bằng cách nào đó

Sau vụ nổ siêu tân tinh, sự kiện có thể để lại một vật thể nhỏ gọn như một ngôi sao neutron hoặc lỗ đen. Đối tượng vẫn có thể tích tụ các vật liệu như từ bồi tụ trở lại hoặc ngôi sao đồng hành của nó. Nếu vật thể là một ngôi sao neutron, nó có thể sụp đổ thành hố đen.

Lưu ý rằng các ngôi sao khổng lồ trong phạm vi khối lượng mặt trời 50-150 có thể phát nổ ở đầu siêu tân tinh không để lại bất kỳ lõi nào, bởi vì một thứ gọi là "sự bất ổn của cặp".

Trong một ngôi sao, có hai lực đối lập thường cân bằng nhau Trọng lực là một lực gây ra sự sụp đổ, trong khi áp suất bức xạ từ các phản ứng nhiệt hạch bên trong chống lại xu hướng sụp đổ. Những ngôi sao nhỏ, giống như mặt trời, khi chúng đã sử dụng hầu hết nhiên liệu hydro, sẽ bắt đầu "đốt cháy" helium và trở thành người khổng lồ đỏ. Khi hết helium, chúng sẽ phun ra các lớp bên ngoài của chúng trong một ngôi sao và sụp đổ để tạo thành một sao lùn trắng có kích thước tương đương Trái đất. Những ngôi sao lùn trắng này dày đặc và nặng nề đáng kinh ngạc, bởi vì phần lớn khối lượng của ngôi sao ban đầu đã bị nén thành một khối tương đối nhỏ. Sự sụp đổ hơn nữa được chống lại bởi một lực gọi là áp suất thoái hóa điện tử.

Các ngôi sao lớn hơn nhiều so với mặt trời sẽ tiếp tục hợp nhất các nguyên tố ngoài helium, tạo ra các lớp các nguyên tố nặng liên tiếp cho đến khi chúng chạm tới sắt. Sự kết hợp của các nguyên tố ngoài sắt đòi hỏi đầu vào của năng lượng chứ không phải tạo ra bất kỳ, và các đám cháy hạt nhân sẽ tắt, do đó không được hỗ trợ từ áp suất bức xạ các lớp bên ngoài của sự sụp đổ của ngôi sao, tạo ra vụ nổ siêu tân tinh. Áp suất thoái hóa điện tử là không đủ để ngăn chặn sự sụp đổ mạnh mẽ hơn so với xảy ra với các ngôi sao nhỏ hơn nhiều. Theo khối lượng của ngôi sao sụp đổ, điều này hoặc là sẽ dẫn đến sự hình thành của một ngôi sao neutron, mà là giống như một hạt nhân nguyên tử khổng lồ của mật độ đáng kinh ngạc khoảng 6 dặm nhưng chứa một khối lượng tương đương với một số mặt trời của chúng ta, hoặc nó sẽ sụp đổ hơn nữa để tạo thành một điểm kỳ dị lỗ đen trong đó vật chất đi vào trạng thái không được khoa học hiểu đầy đủ. mặt trời của chúng ta, bằng cách này, là 860.000 dặm đường kính ..