Eu sempre ouço o narrador de documentários dizer que uma estrela explodiu porque ficou sem combustível. Geralmente as coisas explodem quando têm muito combustível, não quando ficam sem combustível. Por favor explique...
Uma estrela (grande o suficiente) tem muita matéria. A gravidade tenta reunir toda essa questão no centro de massa, de modo que algo precisa ser empurrado para trás. Para uma estrela, o processo de fusão no núcleo que produz a luz é aquele que recua. A certa altura, a estrela fica sem combustível e o "empurrão" desaparece, então tudo desmorona rapidamente no centro. Então explode.
Thorbjørn Ravn Andersen
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@ ThorbjørnRavnAndersen Um ponto importante é que nem tudo está desmoronando. Se fosse então, a energia potencial gravitacional liberada seria insuficiente, mesmo para reverter o colapso, deixando causar uma explosão. Somente o núcleo entra em colapso. O envelope permanece alegremente inconsciente do colapso até ser lançado no espaço.
Rob Jeffries
São permitidas "respostas como comentário" nesta SE?
precisa saber é o seguinte
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@ dav1dsm1th Não, não é permitido em nenhum SE. No entanto, é uma prática bastante comum; nem todos têm tempo para escrever uma resposta completa; portanto, anotam tudo o que podem e esperam que alguém possa aparecer para dar uma resposta completa.
Setsu
@Setsu É bom ouvir. Espero que esses comentários sejam limpos em algum momento (incluindo meu barulho).
precisa saber é o seguinte
Respostas:
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Resposta curta:
Uma pequena fração da energia potencial gravitacional liberada pelo colapso muito rápido do núcleo de ferro inerte é transferida para as camadas externas e isso é suficiente para alimentar a explosão observada.
Em mais detalhes:
Considere a energia de uma estrela modelo idealizada. Possui um "núcleo" de massa e raio inicial e um envelope externo de massa e raio .R 0 m rMR0 0mr
Agora, suponha que o núcleo colapse com um raio muito menor em uma escala de tempo tão curta que se dissocie do envelope. A quantidade de energia potencial gravitacional liberada será . ∼ G M 2 / RR ≪ R0 0∼ G M2/ R
Uma fração dessa energia liberada pode ser transferida para o envelope na forma de choques e radiação externos. Se a energia transferida exceder a energia de ligação gravitacional do envelope , o envelope poderá ser soprado no espaço.∼ G m2/ r
Em uma estrela em explosão (uma supernova de colapso do núcleo tipo II) km, km km. A massa do núcleo é e a massa do envelope é . O núcleo denso é feito principalmente de ferro e suportado por pressão de degeneração de elétrons . Diz-se que a estrela "ficou sem combustível" porque as reações de fusão com os núcleos de ferro não liberam quantidades significativas de energia. R ∼ 10 r ∼ 10 8 M ∼ 1,2 M ⊙ m ∼ 10 M ⊙R0 0~ 104R ∼ 10r ∼ 108M∼ 1,2 M⊙m ∼ 10 M⊙
O colapso é desencadeado porque a queima nuclear continua ao redor do núcleo e, assim, a massa do núcleo aumenta gradualmente, diminuindo gradualmente (uma peculiaridade das estruturas suportadas pela pressão de degeneração), a densidade aumenta e, em seguida, é introduzida uma instabilidade por elétrons. capturar reações ou fotodisintegração de núcleos de ferro. De qualquer maneira, os elétrons (que são o suporte do núcleo) são absorvidos por prótons para formar nêutrons e o núcleo entra em colapso em uma escala de queda livre de !~ 1
O colapso é interrompido pela forte força nuclear e pressão de degeneração de nêutrons. O núcleo salta; uma onda de choque viaja para fora; a maior parte da energia gravitacional é armazenada em neutrinos e uma fração disso é transferida para o choque antes que os neutrinos escapem, afastando o envelope externo. Um excelente relato descritivo disso e do parágrafo anterior pode ser lido em Woosley & Janka (2005) .
Colocando alguns números.
G m 2 / r = 3 × 10 44 J
G M2/ R=4× 1046.J
G m2/ r=3× 1044J
Portanto, é necessário transferir apenas 1% da energia potencial liberada do núcleo em colapso para o envelope, a fim de conduzir a explosão da supernova. Na verdade, isso ainda não é entendido em detalhes, embora de alguma maneira as supernovas encontrem uma maneira de fazê-lo.
Um ponto importante é que o colapso rápido ocorre apenas no núcleo da estrela. Se a estrela inteira colapsasse como uma só, então a maior parte da energia potencial gravitacional escaparia como radiação e neutrinos e haveria energia insuficiente mesmo para reverter o colapso. No modelo de colapso do núcleo , a maior parte (90%) da energia gravitacional liberada é perdida como neutrinos, mas o que resta ainda é facilmente suficiente para desatar o envelope não recolhido . O núcleo colapsado permanece ligado e se torna uma estrela de nêutrons ou um buraco negro.
Uma segunda maneira de fazer explodir uma estrela (uma anã branca) é uma reação termonuclear. Se o carbono e o oxigênio puderem ser inflamados nas reações de fusão nuclear, energia suficiente será liberada para exceder a energia de ligação gravitacional da anã branca. Estas são supernovas do tipo Ia.
Vale a pena notar que os modelos de supernovas com colapso do núcleo geralmente falham na produção consistente de supernovas. Nas simulações, o choque geralmente pára e, mesmo quando isso não ocorre, as simulações geralmente têm dificuldade em corresponder às luminosidades observadas. A introdução para este trabalho apresenta uma boa introdução a algumas das dificuldades no campo: adsabs.harvard.edu/abs/2012ApJ...746..106P
J. O'Brien Antognini
Minha pergunta seria amplamente por que ela explode em vez de fazer a transição sem intercorrências, à medida que o ponto de estabilidade vagueia por qualquer espaço de parâmetro. É o ponto chave que, quando você tem temperatura / densidade suficiente para obstruir prótons e elétrons, de repente remove o que está segurando tudo, então ele cai, pode aumentar ainda mais a densidade, remove mais ... mas, novamente, por que não está? t que um processo que pode "lentamente" ramp up e manter alguma estabilidade? Certamente a estrela não passa de nenhuma captura de elétrons para todas as capturas de elétrons?
Nick T
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@ J.O'BrienAntognini De fato, os modelos podem se esforçar para descobrir como transferir o 1% de energia necessária - como aludi acima. Mas estrelas reais descobriram isso e ninguém contesta qual é a fonte de energia.
Rob Jeffries
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@ NickT é realmente uma instabilidade descontrolada. A captura de elétrons ocorre em uma densidade limiar, porque os elétrons degenerados possuem uma energia máxima distinta e dependente da densidade (eles não têm uma distribuição Maxwelliana). Esse desaparecimento de elétrons reduz a pressão, de modo que a estrela entra em colapso, aumentando a densidade e, portanto, a energia máxima dos elétrons degenerados, permitindo que cada vez mais deles participem da neutronização. O resultado é um colapso total dentro de um segundo do início.
Rob Jeffries
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@ RobJeffries Isso é verdade, embora também deva-se notar que poderia muito bem ser que uma fração substancial de estrelas massivas que falharam nas supernovas! Assim, embora algumas estrelas certamente tenham descoberto, não é necessariamente o caso de todas! Existem algumas restrições soltas que colocou a fração de supernova falhou em algum lugar entre 5 e 50%: adsabs.harvard.edu/abs/2016arXiv161002402A
J. O'Brien Antognini
4
Para dar uma resposta em turnos mais simples. (Sim, muito simplificado, mas deve introduzir o conceito básico).
Uma estrela "queima" por fusão nuclear entre elementos mais leves, como o hidrogênio voltado para o hélio. O calor e a energia dessa queima constantemente empurram a matéria dentro da estrela que a sustenta. O hidrogênio em fusão gera energia suficiente para impedi-lo de entrar em colapso no centro.
À medida que a estrela começa a ficar sem combustível, o "fogo" fica mais frio e o empurrão fica mais fraco.
Eventualmente, o empurrão não é suficiente para manter a estrela separada e tudo volta a correr juntos. Esse colapso libera uma enorme quantidade de energia que causa a explosão.
"Quando a estrela começa a ficar sem combustível, o" fogo "fica mais frio e o empurrão fica mais fraco." A temperatura no centro de uma estrela continua a aumentar ao longo de sua vida até a explosão da supernova.
Rob Jeffries
@RobJeffries Eu não pretendo ser um especialista, mas meu entendimento é que isso se deve ao colapso gravitacional que libera energia potencial em vez de calor da fusão em andamento? O "fogo" ficou mais frio, mas outros fatores estão assumindo o controle.
Tim B
A conversão da energia potencial gravitacional em calor é mínima, na melhor das hipóteses. O aumento da temperatura é realmente devido à fusão contínua de elementos cada vez mais pesados no núcleo. Por exemplo, leia esta página wiki .
Zephyr
2
Bom e curto, mas eu acrescentaria o termo "rejeição" a essa descrição, como Rob Jeffries fez. É viva e iria terminar a sua descrição mais bem do que "faz com que a explosão"
Mike Wise
2
@ TimB Rob está certo sobre a questão da temperatura. A maneira mais fácil de ver isso deve ser o fato de observar que estrelas massivas passam por uma série de estágios de queima, cada um exigindo temperaturas mais altas que a anterior. Quando uma estrela esgota o combustível para o estágio , ela entra em colapso e aquece até ficar quente o suficiente para que o estágio comece a funcionar. Vale a pena ler sobre o teorema de Virial nesse contexto, porque o que está acontecendo é energia potencial. convertido em energia térmica. n + 1nn+1
Respostas:
Resposta curta:
Uma pequena fração da energia potencial gravitacional liberada pelo colapso muito rápido do núcleo de ferro inerte é transferida para as camadas externas e isso é suficiente para alimentar a explosão observada.
Em mais detalhes:
Considere a energia de uma estrela modelo idealizada. Possui um "núcleo" de massa e raio inicial e um envelope externo de massa e raio .R 0 m rM R0 0 m r
Agora, suponha que o núcleo colapse com um raio muito menor em uma escala de tempo tão curta que se dissocie do envelope. A quantidade de energia potencial gravitacional liberada será . ∼ G M 2 / RR ≪ R0 0 ∼ G M2/ R
Uma fração dessa energia liberada pode ser transferida para o envelope na forma de choques e radiação externos. Se a energia transferida exceder a energia de ligação gravitacional do envelope , o envelope poderá ser soprado no espaço.∼ G m2/ r
Em uma estrela em explosão (uma supernova de colapso do núcleo tipo II) km, km km. A massa do núcleo é e a massa do envelope é . O núcleo denso é feito principalmente de ferro e suportado por pressão de degeneração de elétrons . Diz-se que a estrela "ficou sem combustível" porque as reações de fusão com os núcleos de ferro não liberam quantidades significativas de energia. R ∼ 10 r ∼ 10 8 M ∼ 1,2 M ⊙ m ∼ 10 M ⊙R0 0~ 104 R ∼ 10 r ∼ 108 M∼ 1,2 M⊙ m ∼ 10 M⊙
O colapso é desencadeado porque a queima nuclear continua ao redor do núcleo e, assim, a massa do núcleo aumenta gradualmente, diminuindo gradualmente (uma peculiaridade das estruturas suportadas pela pressão de degeneração), a densidade aumenta e, em seguida, é introduzida uma instabilidade por elétrons. capturar reações ou fotodisintegração de núcleos de ferro. De qualquer maneira, os elétrons (que são o suporte do núcleo) são absorvidos por prótons para formar nêutrons e o núcleo entra em colapso em uma escala de queda livre de !~ 1
O colapso é interrompido pela forte força nuclear e pressão de degeneração de nêutrons. O núcleo salta; uma onda de choque viaja para fora; a maior parte da energia gravitacional é armazenada em neutrinos e uma fração disso é transferida para o choque antes que os neutrinos escapem, afastando o envelope externo. Um excelente relato descritivo disso e do parágrafo anterior pode ser lido em Woosley & Janka (2005) .
Colocando alguns números. G m 2 / r = 3 × 10 44 J
Portanto, é necessário transferir apenas 1% da energia potencial liberada do núcleo em colapso para o envelope, a fim de conduzir a explosão da supernova. Na verdade, isso ainda não é entendido em detalhes, embora de alguma maneira as supernovas encontrem uma maneira de fazê-lo.
Um ponto importante é que o colapso rápido ocorre apenas no núcleo da estrela. Se a estrela inteira colapsasse como uma só, então a maior parte da energia potencial gravitacional escaparia como radiação e neutrinos e haveria energia insuficiente mesmo para reverter o colapso. No modelo de colapso do núcleo , a maior parte (90%) da energia gravitacional liberada é perdida como neutrinos, mas o que resta ainda é facilmente suficiente para desatar o envelope não recolhido . O núcleo colapsado permanece ligado e se torna uma estrela de nêutrons ou um buraco negro.
Uma segunda maneira de fazer explodir uma estrela (uma anã branca) é uma reação termonuclear. Se o carbono e o oxigênio puderem ser inflamados nas reações de fusão nuclear, energia suficiente será liberada para exceder a energia de ligação gravitacional da anã branca. Estas são supernovas do tipo Ia.
fonte
Para dar uma resposta em turnos mais simples. (Sim, muito simplificado, mas deve introduzir o conceito básico).
Uma estrela "queima" por fusão nuclear entre elementos mais leves, como o hidrogênio voltado para o hélio. O calor e a energia dessa queima constantemente empurram a matéria dentro da estrela que a sustenta. O hidrogênio em fusão gera energia suficiente para impedi-lo de entrar em colapso no centro.
À medida que a estrela começa a ficar sem combustível, o "fogo" fica mais frio e o empurrão fica mais fraco.
Eventualmente, o empurrão não é suficiente para manter a estrela separada e tudo volta a correr juntos. Esse colapso libera uma enorme quantidade de energia que causa a explosão.
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