¿Por qué explota una supernova?

Question

Esto me molesta mucho. Cuando buscas algún texto educativo sobre la vida de las estrellas, esto es lo que encuentras:

1. La gravedad crea la temperatura y la presión necesarias para iniciar las reacciones de fusión.
2. La fusión procede a núcleos cada vez más pesados y termina con el hierro, que permanece en el centro de la estrella.
3. En un momento, todos los núcleos ligeros se agotan y la gravedad gana a la potencia de las reacciones de fusión, ahora ausentes.
4. El núcleo de la estrella colapsa en un objeto de alta densidad, que puede variar en función de la masa de la estrella.
5. Y las capas superiores de la estrella explotar .

Y no encuentro una explicación clara de por qué. Según lo que me imagino, las capas superiores de la estrella deberían caer simplemente en el núcleo que colapsa.

¿Es por la tercera regla de Newton?

¿O es que las estrellas tienen alguna necesidad de terminar con un boom genial?

Answer 1

Hay muchas formas posibles de que las estrellas acaben con su vida, incluso en el subconjunto de casos en que el final es violento. Eloff ha dado una respuesta excelente, pero yo quería añadir algunos puntos.

Resumen (tl;dr):

Se necesitan las condiciones adecuadas (masa, momento angular, metalicidad, etc.) para producir una protoestrella de neutrones que sea capaz de resistir el colapso completo hasta convertirse en un agujero negro. El rebote que se produce al chocar con la superficie de la protoestrella de neutrones y el calentamiento provocado por los neutrinos es lo que impulsa la explosión de material. La radiactividad es finalmente la fuente de la luz que vemos en las supernovas.

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El cuadro básico para producir una supernova a partir de una estrella masiva 1 :

1. El estrella quema elementos progresivamente más pesados en escalas de tiempo más cortas hasta producir hierro (Fe) en la escala de tiempo de los segundos.

2. Después del hierro, la fusión en el núcleo cesa y se pierde el apoyo de la presión. La gravedad no se ve obstaculizada, y el la estrella comienza a colapsar dinámicamente .

3. A medida que el núcleo de Fe se contrae, captura de electrones comienza a convertir protones + electrones en neutrones, emitiendo neutrinos MeV .

4. El núcleo de Fe, ahora compuesto en gran parte por neutrones es estabilizado a un mayor colapso por presión de degeneración de neutrones a densidades nucleares.

5. Material más allá, que sigue colapsando, golpea la increíblemente dura superficie de la protoestrella de neutrones, provocando un rebote (ver vídeo análogo) el lanzamiento de una poderosa onda de choque hacia el exterior de la estrella.

6. Debido a que los neutrinos producidos por la captura de electrones son tan energéticos (como señala dmckee), y debido a que las densidades son tan altas - el los neutrinos son capaces de depositar cantidades significativas de energía en el material exterior, acelerándolo más allá de las velocidades de escape . Esta es la explosión de la supernova .

7. Debido a la naturaleza caliente, densa y rica en nucleones de los eyectas, r(apid)-proceso de nucleosíntesis produce níquel (Ni) y cobalto (Co) radiactivos .

8. Después de aproximadamente 10 días, la expansión de la supernova se convierte en ópticamente delgado - permitiendo que la radiación producida por la desintegración del Ni y el Co para escapar - esto causa la emisión óptica que llamamos una supernova .

de http://arxiv.org/abs/astro-ph/0612072

¿Por qué explota una supernova?

No se cree que todas las estrellas masivas produzcan supernovas cuando explotan. En la siguiente figura (que pretende transmitir la idea básica, pero no necesariamente los aspectos cuantitativos), las regiones tituladas "formación directa de agujeros negros" son regiones de masa inicial en las que la presión de degeneración de neutrones (etapa "4" anterior) es insuficiente para detener el colapso. El núcleo de Fe es lo suficientemente masivo como para seguir colapsando hasta que se forme un agujero negro, y más del material más alejado se acumula rápidamente.

La región de este gráfico situada entre unas 8 y 35 masas solares es de donde se cree que procede la gran mayoría de las supernovas observadas.

Para responder a por qué explotan las supernovas: Considere el proceso esquemático esbozado anteriormente. La razón por la que algunas estrellas masivas explotan y otras no, es que se necesitan las condiciones adecuadas (masa, momento angular, metalicidad, etc.) para producir una protoestrella de neutrones que sea capaz de resistir el colapso completo. El rebote al chocar con la superficie de esa protoestrella de neutrones y el calentamiento por los neutrinos es lo que impulsa la explosión de material. La radiactividad es finalmente la fuente de la luz que vemos en las supernovas.

de http://rmp.aps.org/abstract/RMP/v74/i4/p1015_1

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Nota a pie de página

1: Este debate se limita a ' supernovas de "colapso del núcleo". - el colapso de estrellas masivas, observado como supernovas de tipo Ib, Ic y II

Referencias adicionales

Básicamente cualquier documento de o con Stan Woosley, por ejemplo
Woosley & Janka 2006 - La física de las supernovas de colapso del núcleo

Notas de clase de Dmitry A. Semenov - "Fundamentos de la formación de estrellas y Nucleosíntesis Estelar"

Answer 2

Tienes razón en que cuando las reacciones de fusión disminuyen más allá de cierto punto porque el combustible se agota, la presión hacia afuera creada por la fusión ya no contrarresta las fuerzas gravitacionales y la estrella colapsa (rápidamente) sobre sí misma. En las estrellas con la masa adecuada (menores de unas 15 masas solares, pero lo suficientemente grandes como para colapsar en una estrella de neutrones) el núcleo en compactación se calienta hasta alcanzar temperaturas demenciales de unos 100.000 millones de kelvin. Esto sobrecarga el núcleo de neutrones. presión de degeneración que impide que la estrella siga colapsando y se libera una enorme ráfaga de neutrinos. Aproximadamente el 10% de la masa/energía de la estrella se libera en unos 10 segundos, lo que supone una cantidad de energía alucinante.

Aquí es donde la cosa se complica, según wikipedia :

El colapso súbito del núcleo rebota y produce una onda de choque que se detiene en milisegundos en el núcleo exterior al perder energía se pierde a través de la disociación de elementos pesados. Un proceso que no está es necesario para permitir que las capas externas del núcleo reabsorban alrededor de 10^44 joules (1 foe) del pulso de neutrinos, produciendo la explosión visible, aunque también hay otras teorías sobre cómo alimentar la explosión.

Así que parece que es este repentino pulso de neutrinos que es reabsorbido por el núcleo exterior lo que desencadena la explosión.

Answer 3

Esta es mi teoría

En primer lugar, los supuestos:

1. La materia es un desplazamiento del espacio*
2. La materia se desplaza hacia mayores concentraciones de espacio**

Estos 2 supuestos pueden explicar por qué los objetos en movimiento se mantienen en movimiento**, por qué existe la gravedad, por qué la velocidad máxima es la de la luz, +las fuerzas electromagnéticas, +la fuerza fuerte/débil, etc.).

Cómo se aplica esto a las supernovas:
En las últimas etapas antes de la supernova, el colapso de la materia ya no está controlado, por lo que comienza a colapsar hasta el punto de que ya no hay espacio entre la materia que compone la estrella. Cuando esto ocurre, la materia de la superficie tiene poco o ningún espacio en el interior y una gran concentración de espacio en el exterior. Según nuestras suposiciones, la materia de la superficie explotará hacia el exterior a una velocidad cercana a la de la luz debido a este desequilibrio. El espacio se llenará hasta la siguiente capa, y este proceso continuará hacia abajo, hacia el centro de la estrella, y BOOM ...¡¡¡SUPERNOVA!!!

*Imagina una pelota de ping-pong (masa) colocada dentro de un colchón de espuma (espacio). El espacio se comprime más cerca de la superficie de la masa y progresivamente menos a medida que se sale

**Digamos que la materia se mueve a una velocidad de ++ c(f-b)/(f+b) , donde c es la velocidad de la luz (equivalente a la rapidez con la que el espacio puede responder a los cambios), f es la densidad media del espacio delante de la masa (en el sentido de la marcha), y b es la densidad neta del espacio detrás de la masa. A medida que el objeto se desplaza, el espacio de delante responde a la velocidad de la luz para apartarse y rellenarse detrás. De este modo, se mantienen las densidades delantera y trasera y se mantienen las velocidades constantes. Por ejemplo, si el espacio está a un lado de una masa pero no hay ninguno en el otro, entonces la masa viajaría a la velocidad de la luz. Como la masa viaja a la velocidad de la luz, el espacio de detrás no podrá alcanzar la parte trasera de la masa (lo que la frenaría según nuestras suposiciones), y el espacio de delante sólo podrá mantener el ritmo pero no apartarse, por lo que el desequilibrio se mantendrá y la masa seguirá a la velocidad de la luz (lo que explica por qué es tan difícil acelerar las cosas cuando se acercan c ).

+requiere una comprensión direccional positiva/negativa del espacio en la que no voy a entrar ahora.

++Esta no es con seguridad la ecuación, sino que representa una aproximación sabiendo que un objeto en reposo relativo al espacio tendría densidades iguales en ambos lados y un objeto con espacio en un solo lado viajaría a la velocidad de la luz. La verdadera ecuación se basaría en lo que mantendría las densidades relativas del espacio constantes para cualquier velocidad posible.

Answer 4

Esta teoría del "rebote" no es lógica. 1. ¿Qué tan fuerte debe ser ese rebote para que pueda escapar de una gravedad tan fuerte y expulsar capas externas muy pesadas del núcleo? 2. Para que algo rebote tiene que ser elástico de alguna manera o chocar con una superficie elástica. ¿Qué es lo elástico en este caso? 3. Otra cosa que me preocupa es ¿qué pasa con el rebote cuando el núcleo es mucho más denso y se encoge hasta convertirse en un agujero negro? ¿Dónde está el rebote en ese caso?

Por lo tanto, creo que la supernova no es más que una colosal explosión de neutrinos con un efecto de rebote totalmente insignificante o, en el mejor de los casos, muy pequeño.