Warum bleibt die Materie nach einer Supernova-Explosion im Kern zusammengebrochen?

Nach einer Supernova-Explosion kann sich ein Stern in einen weißen Zwerg, einen Neutronenstern, ein Schwarzes Loch oder nur in einen Sternstaub und ein Restgas verwandeln.

Mit Ausnahme des letzteren Falles, warum und wie bleibt die Kernmaterie des Sterns nach einem solchen Ereignis, bei dem Materie platzt und im Raum verstreut ist, zusammengebrochen?

Um „Schlag etwas up“ Sie brauchen mehr Energie als die Bindungsenergie zu lösen und einen Weg, diese Energie einzufangen , damit es nicht auf andere Weise entweichen kann.

Im Zentrum eines Kernkollapses befinden sich Supernovae mit einem Radius von 10 km und einer $1.4 M_{\odot}$ Kugel aus (fast) Neutronen. Seine Gravitationsbindungsenergie beträgt $\sim GM^2/R = 5\times 10^{46}$ J.

Dies ist fast genau die Menge an Energie, die durch den Zusammenbruch des Kerns aus einer viel größeren Größe freigesetzt wird (dh die Energie der Supernova ist zunächst gravitativ), und da ein Teil dieser Energie in die Dissoziation von Eisenkernen und die Bildung von Neutronen (beide endotherm) fließt Prozesse) und der größte Teil des Restes entweicht in Form von Neutrinos, dann kann nicht genug Energie vorhanden sein, um den Kern zu lösen. Nur ein winziger Bruchteil (1%) dieser Energie auf die übertragen wird Umschlag des ursprünglichen Stern, der da sie einen viel größeren Radius hat (um mindestens 5 Größenordnungen), ist genug , um seine Gravitationsbindungsenergie zu überwinden und es zu sprengen in den Weltraum.

Der Fall einer Supernova vom Typ Ia (ein explodierender weißer Zwerg) ist ganz anders. Hier ist die Energiequelle kein Gravitationskollaps, sondern eine thermonukleare Detonation des gesamten Kohlenstoffs und Sauerstoffs, aus dem der Weiße Zwerg besteht, unter Bildung von Eisenpeakelementen. Dieser exotherme Prozess setzt schnell genug Energie frei, um den ursprünglichen Stern zu lösen (siehe z. B. hier ), und er wird vollständig zerstört.

Was in den obigen Erklärungen fehlt, ist das, was wirklich vor sich geht und überhaupt irgendeine Art von Explosion verursacht.

Ich werde von xkcd stehlen, um dabei zu helfen:

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

Und hier ist ein Artikel des Max-Planck-Instituts, der ausführlich über die Natur des Neutrino-Aspekts spricht:

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

Wenn der Stern im Sterben liegt, emittiert er letztendlich Neutrinos. Viele Neutrinos ... mit viel Energie. Nun, ich bin sicher, Sie denken "was würde das tun ... sie wiegen nicht viel von irgendetwas". Aber das ist buchstäblich so, als würde man in einem Fußballstadion mit Ameisen begraben ... es gibt so viele Neutrinos, die so viel Energie packen, dass sie buchstäblich dazu führen, dass die äußere Materie des Sterns mit genügend Energie nach außen geblasen wird, um sie von der Schwerkraft wegzutragen gut von der restlichen Sache.

Ah ... aber wie bleibt etwas übrig? Da in der Nähe des Zentrums die Schwerkraftwanne am tiefsten ist und auch in der Nähe des Zentrums alle Teilchen (Kern / Neutron) von Neutrinos in alle Richtungen nahezu gleichmäßig bombardiert werden ... bricht der Gesamtimpuls effektiv auf Null ab. Ein Teil der Materie ist etwas bewegt ... fällt aber in den sehr tiefen Schwerkraftbrunnen zurück.

Ich bin sicher, es wäre ein unvergesslicher Anblick ... für diesen kurzen Moment, bevor Sie zumindest von Neutrinos (und all der anderen Energie) verdampft wurden.

Die Antwort wurde auf der NASA-Website gefunden

Der Zusammenbruch geschieht so schnell, dass enorme Stoßwellen entstehen, die den äußeren Teil des Sterns explodieren lassen!

Dies bedeutet, dass der Kern die Explosion irgendwie überlebt

Nach einer Supernova-Explosion kann das Ereignis ein kompaktes Objekt als Neutronenstern oder Schwarzes Loch hinterlassen. Das Objekt kann immer noch Materialien wie Fallback-Akkretion oder seinen Begleitstern anreichern. Wenn das Objekt ein Neutronenstern ist, kann es weiter in ein Schwarzes Loch fallen.

Beachten Sie, dass massive Sterne im Bereich von 50 bis 150 Sonnenmassen in einem Supernova-Ende explodieren können und aufgrund einer sogenannten "Paarinstabilität" überhaupt keinen Kern hinterlassen.

In einem Stern gibt es zwei entgegengesetzte Kräfte, die sich normalerweise ausgleichen. Die Schwerkraft ist eine Kraft, die einen Kollaps induziert, während der Strahlungsdruck aus den Fusionsreaktionen der Kollapsneigung widersteht. Kleine, sonnenähnliche Sterne beginnen, wenn sie den größten Teil ihres Wasserstoffbrennstoffs verbraucht haben, Helium zu "verbrennen" und werden zu roten Riesen. Wenn das Helium ausgeht, blähen sie ihre äußeren Schichten in einer Nova ab und kollabieren, um einen weißen Zwerg von der Größe der Erde zu bilden. Diese weißen Zwerge sind erstaunlich dicht und schwer, weil der größte Teil der Masse des ursprünglichen Sterns zu einem vergleichsweise kleinen Volumen komprimiert wurde. Einem weiteren Zusammenbruch wird durch eine Kraft entgegengewirkt, die als Elektronendegenerationsdruck bezeichnet wird.

Sterne, die viel größer als die Sonne sind, verschmelzen weiterhin Elemente jenseits von Helium und bilden Schichten von nacheinander schwereren Elementen, bis sie Eisen erreichen. Die Verschmelzung von Elementen jenseits von Eisen erfordert einen Energieeintrag, anstatt irgendwelche zu erzeugen, und die Kernbrände gehen aus, so dass die äußeren Schichten des Sterns nicht mehr durch Strahlungsdruck unterstützt werden, was zu einer Supernova-Explosion führt. Der Druck der Elektronendegeneration reicht nicht aus, um einen drastischeren Kollaps zu verhindern, als dies bei viel kleineren Sternen der Fall ist. Entsprechend der Masse des kollabierenden Sterns führt dies entweder zur Bildung eines Neutronensterns, der wie ein gigantischer Atomkern mit einer unglaublichen Dichte von etwa 6 Meilen Durchmesser aussieht, aber eine Masse enthält, die mehreren unserer Sonnen entspricht. oder es wird weiter zusammenbrechen, um eine Singularität des Schwarzen Lochs zu bilden, in der Materie in einen Zustand eintritt, der von der Wissenschaft nicht vollständig verstanden wird. Unsere Sonne hat übrigens einen Durchmesser von 860.000 Meilen.