| О сверхновых.| АВТОР | СООБЩЕНИЕ |
|---|
Имя: Николаич
Сейчас нет на сайте
Репутация: 48
Регистрация: 6.08.2006
Всего сообщений: 5250
Откуда: Край Земли, центр Вселенной. |
| | Что интересно, вот эта самая модель взрыва сверхновой с коллапсом ядра была просчитана недавно с учетом новых данных - появились же суперкомпьютеры, коллайдеры, гамма и нейтринные обсерватории, сверхточные спектрометры и прочие ништяки, позволяющие учитывать ранее не известные факторы в модели. И оказалось, что всё не так просто. Энергетика взрыва и баланс учавствующих сил не дают наблюдаемые взрывы сверхновых, и это проблема. Будем пытаться разрешить это противоречие, придётся начать тему сначала. | |
| | Имя: Николаич
Сейчас нет на сайте
Репутация: 48
Регистрация: 6.08.2006
Всего сообщений: 5250
Откуда: Край Земли, центр Вселенной. |
| Собственно, те самые сверхновые. Отличаются внешне по спектру, кривой блеска, но самое главное - по механике взрыва - для нас это важно. На рисунке видно, Ia - термоядерный взрыв белого карлика, всё остальное - сверхновые с коллапсом ядра.
Ia изучены хорошо, мало того - это точный астрономический инструмент, с помощьью которого стало возможным определенние расстояний на космологических дистанциях - "стандартная свеча".
Там всё относительно просто: белый карлик насасывает оболочку со своего коомпаньона - красного гигинта, по достижении предела Чандрасекара детонирует, полностью разлетаясь на осколки и формируя планнетарную туманноть. Остаточного тела после взрыва не остаётся. Ничего.
Поскольку механизм взрыва опирается на константы, он имеет весьма схожие характеристики и энергии, поэтому легко идентифицируется и используется в качестве стандартной свечи. |  | | JPG 201.1 Kб |
|
| | Имя: Николаич
Сейчас нет на сайте
Репутация: 48
Регистрация: 6.08.2006
Всего сообщений: 5250
Откуда: Край Земли, центр Вселенной. |
| Но нам интересны сверхновые II типа, источником взрыва которых служат чрезвычайно быстротечные и высокоэнергетичные процессы в центральной машине и им не нужен внешний компаньон для его инициализации.
Про термостатическое равновесие массивных звёзд и их эволюцию мы сейчас говорить много не будем, это хотя и увлекательно, но объёмно по времени, да и нам важен лишь конечный этап их существования - ситуация, предшествующая взрыву.
Возьмём такую звезду, 10-20 масс Солнца, она проэволюционировала, нажгла в своих недрах достаточно тяжёлых элементов, а ядро его представляет по сути белый карлик из железа.
Что же в нём происходит?
Температура нарастает и достигает сотен миллиардов Кельвинов. В центре звезды у нас присутствуют ядра "железного пика" Fe (56), которые по причине фотодиссоциации начинают разваливаться на нейтроны, протоны и альфа-частицы.
Fe(56) - > H, P, a
Альфа-частицы - на нейтроны и протоны a - > H, P
Кроме тогово всём этом присутствуют электороны и позитроны е+, е-
Все эти процессы - это не термоядерный синтез - они не превносят в систему энергию, а забирают её. Соответственно, температура центральной области падает, термодинамическое равновесие нарушается и ядро коллапсирует. |  | | JPG 24.7 Kб |
|
| | Имя: Николаич
Сейчас нет на сайте
Репутация: 48
Регистрация: 6.08.2006
Всего сообщений: 5250
Откуда: Край Земли, центр Вселенной. |
| Коллапсирующее ядро сжимается, нет, оно не просто сжимается - оно падает внутрь себя с огромной скоростью, достигающей десятков тысяч километров в секунду - и при этом еще больше нагревается, но нагрев тут же ускоряет распад ядер железа, а избыток энергии тут же уносится нейтрино (URCA-процесс, Гамов), и на этой стадии возможны два варианта развития событий, зависящих от массы исходной звезды: либо коллапс останавливается на стадии нейтронной звезды, либо проходит её с образованием чёрной дыры.
И то, и другое феерично и весело, но начнём с нейтронной звезды. По крайней мере они наблюдаемы в остатках взрывах сверхновых, они изучены и на них можно строить дальнейшие модели поведения.
Итак, ядро звезды сжимается за время порядка секунды. Протоны, нейтроны и электроны, из которых оно состоит, под действием колоссального давления сближаются, и хотя им это очень не нравится, "упираются" друг в дружку и в дальнейшем резко противятся сжатию - из ядра красного гиганта образуетсяя нейтронная звезда.
На этом этапе (2х10^26 гр/см^3) физические свойства вещества меняются кардинально: если раньше это была хотя и чрезвычайно плотная и горячая плазма (газ), то теперь это несжимаемая жидкость. Коллапс мгновенно останавливается, внешние слои ядра, летящие внутрь со всё той же скоростью (десятые доли скорости света!) и имеющие почти субядерную плотность натыкаются на поверхность образовавшейся нейтронной звезды, взрываются (тупо кинетический удар с выходом тепла) и порождают сферическую ударную волну, которая распространяется наружу и разносит звезду в хлам.
Причем, всё это происходит за секунды: внешние слои звезды удалены от центра на миллион километров и "ничего не знают" о событиях в своём центре, внешняя динамическая картина выглядит так; стоишь такой на поверхности, ничего существенного не происходит (ну разве что нейтринный всплеск), и вдруг откуда-то снизу приходит ударная волна и разносит звезду по округе... | |
| | Имя: Николаич
Сейчас нет на сайте
Репутация: 48
Регистрация: 6.08.2006
Всего сообщений: 5250
Откуда: Край Земли, центр Вселенной. |
| Так обычно описывают взрыв сверхновой с коллапсом ядра уже лет как тридцать, и если почитать википедию или разбудить ночью модератора раздела, то они опишут этот процесс именно так, как я изложил его выше.
Но не всё так просто, как любят говорить блогеры...
---
В последнее время отечественным астрономам всё чаще дают побаловаться с суперкластерами, где они и рискнули проверить данную ощепринятую модель взрыва сверхновой с коллапсом ядра модельно. Плюс сюда заложили все-все последние наработки из нейтринной и гравитационной астрономии, уточнённые параметры сечений ядерных взаимодействий и т.п. и т.д.
И вот что получилось.
Здесь бы неплохо показать GIFку, так как процесс коллапса и волны отскока многоуровневый, но в свободном доступе я её не нашёл, придётся показывать на пальцах, если найду презентацию добавлю позже.
Сведя воедино все исходные данные, модель показывает следующее.
Ударная волна начинает расходиться сферически от коллапсара сквозь слои различных элементов звезды (смотри "луковицу" выше), перемалывает их на нейтроны, протоны и альфа-частицы и затрачивает на этот процесс 10^52 Эрг на единицу массы (Солнца). Это тормозит и замедляет волну и вскоре вещество начинает "течь" сквозь неё: волна распространяется, но не увеличивается в диаметре - из ударной волны она превращается в аккреционную. В итоге никакого взрыва не происходит, оболочка падает на ядро и дожимает его до черной дыры.
Вот это и есть проблема.
То есть мы видим следы взрывов сверхновых, мало того - мы сами сделаны из их вещества, но по всем расчётам этого не может быть. Очевидно, что в центральной машине имеют место быть процессы, которые не учтены в общеизвестной модели.
Ниже будем решать проблему. | |
| | Имя: Николаич
Сейчас нет на сайте
Репутация: 48
Регистрация: 6.08.2006
Всего сообщений: 5250
Откуда: Край Земли, центр Вселенной. |
| Вышеуказанный механизм взрыва актуален, просто для разноса оболочки звезды не хватает совсем немного - около одного порядка величины энергии (10 в 53 степени Эрг), потому нам нужно найти процесс в центральной машине, превносящий необходимый минимум энергии.
И тут существует несколько идей.
Модель первая. "Магнитный приводной ремень"
В процессе коллапса ядро, стремясь сохранить угловой момент, значительно увеличивает частоту вращения (известны миллисекундные (!) пульсары). Достаточно представить происходящий за секунду коллапс ядра красного гиганта, изначально имеющего размер планеты Земля и массу 1-2 массы Солнца до диаметра нейтронной звезды (10-12 км). Хлоп!
То же самое происходит и с магнитным полем ядра - оно многократно усиливается.
Быстро вращающееся магнитное поле, силовые линии которого зацеплены за оболочку, словно приводной ремень начинают раскручивать её, что вкупе с волной отсока приводит к разлёту вещества звезды.
По балансу энергий этой модели хватает едва едва, но её участие неизбежно в любом взрыве сверхновых II типа, лично мне она не очень нравится тем, что внешняя картина разлёта оболочки не будет носить трёхмерной симметрии, хотя бывает и такое.
SN1987 |  | | JPG 79.1 Kб |
|
| | Имя: Николаич
Сейчас нет на сайте
Репутация: 48
Регистрация: 6.08.2006
Всего сообщений: 5250
Откуда: Край Земли, центр Вселенной. |
| Модель вторая. Фрагментация ядра
Весьма изящная, местами спорная, но интересная разработка сотрудников ИТЭФ (Институт теоретической и экспериментальной физики имени А. И. Алиханова)
---
В основе всё тот же классический коллапс ядра, но с особенностями.
Необходимое условие - достаточно быстрое вращение исходного тела.
Как известно, при сжатии коллапсара напряженность гравитационного поля возрастает пропорционально кубу от радиуса, а центробежная сила - пропорционально четвёртой степени.
Это приводит к тому, что ядро по мере сжатия и увеличения частоты вращения вначале уплощается с полюсов, а затем приобретает дискообразную форму (на астрофоруме предлагалась даже форма лейкоцита - тор с перемычкой)
Однако коллапсирующему ядру энергетически более выгодно передать угловой момент своим орбитальным компонентам и потому оно фрагментируется. На сколько компонент - не важно, всё равно останется лишь две, поскольку это единственная возможная форма устойчивого вращения.
В результате на месте ядра красного гиганта образуются быстро обращающиеся вокруг барицентра две нейтронные звезды.
Пара теряет энергию на излучение гравитационных волн и, замедляясь, сближается.
---
Здесь нужно небольшое отступление. Дело в том, что нейтронная звезда имеет максимально возможную и минимально возможную массы (0.1 - 2.16 масс Солнца). Причем, более лёгкая НЗ - больше по диаметру, нежели более тяжёлая. Это как стог сена накрыть металлической плитой - оно ужимается.
---
Таким образом, как только один из более легких сближающихся компонентов заполняет собой полость Роша, то вещество с него начинает перетекать на поверхность более тяжёлого, он быстро теряет массу и подойдя к своему минимальному пределу, взрывается.
Вся та гравитационная энергия, которая была запасена в нейтронной звезде, мгновенно высвобождается. Каждый миллион тонн в квадратном сантиметре мгновенно распаковывается и стремится занять максимальный объём - получается взрыв просто чудовищной мощности. Взорвавшись, НЗ не только разносит звезду, но и "отпускает с привязи" вторую компоненту, которая со скоростью порядка 1000 км/с покидает место взрыва. |  | | JPG 178.8 Kб |
Туманность Гитара. Уцелевший компонент покидает место взрыва сверхновой.
|
| | Имя: Николаич
Сейчас нет на сайте
Репутация: 48
Регистрация: 6.08.2006
Всего сообщений: 5250
Откуда: Край Земли, центр Вселенной. |
| Ну и наконец Модель третья. Кварковая звезда.
Полностью повторяет классический сценарий коллапса ядра до стадии нейтронной звезды, но с продолжением.
Как уже излагалось выше, ударная волна после отскока от нейтронной звезды начинает сферически расходиться, по ходу дела перемалывая элементы, теряет энергию, из ударной превращается в коллапсирующую и сходится в центре, дожимает ядро до кварковой звезды, снова ударяется о её поверхность, отражается и уходит вверх, но при этом она уже двигается по прогретому веществу и не расходует энергию (только адиабатически)
Соответственно, ей и принадлежит право разнести звезду.
Как ни странно, но в пользу этой модели говорят регистрируемые нейтринными телескопами два всплеска нейтрино, идущих друг за другом. |  | | JPG 62.2 Kб |
|
| | Имя: Николаич
Сейчас нет на сайте
Репутация: 48
Регистрация: 6.08.2006
Всего сообщений: 5250
Откуда: Край Земли, центр Вселенной. |
| | Какая из вешеперечисленных моделей верна, а возможно другая модель, или их комбинация - покажет время. Пока что собираются и обрабатываются все доступные данные. Окончательные выводы будут сделаны при наборе достаточной статистики и ее анализа. На этом пока все, благодарю за чтение. | |
| | Имя: Сергей
Сейчас нет на сайте
Репутация: 21
Регистрация: 21.05.2008
Всего сообщений: 5704
Откуда: город Харьков |
| |
|
|
