Ich hatte ein langes Geschwätz geschrieben, das Teil einer langen Antwort auf eine andere Frage sein sollte, aber es sieht so aus, als würde es hier gut funktionieren. Nur damit Sie nicht denken, dass ich es in 20 Minuten gezaubert habe.

Supernova vom Typ Ia

Lassen Sie mich einen Umweg machen, um mir das anzusehen. Bei einer Supernova vom Typ Ia bräuchten wir einen zweiten entarteten Körper, typischerweise einen Weißen Zwerg. Das erste Problem hier ist, den Weißen Zwerg einzufangen. Die Sonne ² befindet sich nicht in einem binären System, aber eine Supernova vom Typ Ia erfordert eine ³ . Daher brauchen wir eine Situation, in der die Sonne einen Weißen Zwerg einfängt. Das bedeutet, dass der Weiße Zwerg Teil eines binären Systems gewesen sein muss, das mit der Sonne interagiert, den Weißen Zwerg in eine Umlaufbahn um die Sonne versetzt – oder besser gesagt, die beiden um ein gemeinsames Baryzentrum kreisen lässt – und den ursprünglichen Begleiter ausstößt Stern.

Das ist natürlich möglich, aber aus Spaß habe ich beschlossen, es auszuprobieren. Ich habe My Solar System von der University of Colorado-Boulder verwendet. Nach vielen frustrierenden Läufen mit unterschiedlichen Parametern hatte ich schließlich ein paar Begegnungen, bei denen die Sonne mit einem binären Partner endet, während der dritte Stern – der ursprüngliche Begleiter des Weißen Zwergs – ausgestoßen wird:

Beachten Sie, wie die großen Halbachsen der neuen Doppelsterne etwas später schwingen (Detail von später):

Hier ist noch eine, die etwas langweiliger ist:

In beiden Fällen setze ich die Massen aller drei Körper auf die gleiche Masse – etwa eine Sonnenmasse – da ich die Einheiten gleich Sonnenmassen setze. Sie können ein bisschen herumspielen und versuchen, meine Ergebnisse mit dieser und anderen Konfigurationen zu reproduzieren, obwohl es nicht zu einfach ist.

Das Unglückliche hier ist, dass der Simulator nur vier Körper handhaben kann, und ohne Maßstabsgefühl konnte ich das Sonnensystem nicht nachbilden. Vielleicht kann jemand anderes mit Universe Sandbox. Der Grund dafür ist, dass Planeten in einem Planetensystem – tatsächlich werde ich mich auf die Beine stellen und sagen, dass sie es höchstwahrscheinlich tun werden – ausgestoßen werden können oder ihre Umlaufbahnen sowohl durch die Begegnung als auch durch das resultierende Begleitweiß stark gestört werden Zwerg. Vielleicht sind Sie damit einverstanden – ohne den Stern könnte das Leben auf den Planeten ernsthaft vermasselt werden – aber wenn nicht, dann haben Sie vielleicht ein kleines Problem.

Wie auch immer, sagen wir, der Weiße Zwerg wurde eingefangen, der Begleitstern wurde ausgestoßen und alles andere blieb stabil, wenn Sie das wollen. Als nächstes haben wir das Problem des Massentransfers (auf das ich später noch einmal zurückkommen werde, wenn ich über das Auslösen einer Kernkollaps-Supernova spreche). An diesem Punkt haben wir ein System ähnlich einer katastrophalen Variablen ⁴ . Der Massentransfer wird wahrscheinlich die Form einer Akkretionsscheibe annehmen, vorausgesetzt, dass Material den Roche-Lappen der Sonne überflutet hat . Das Problem hier ist, dass es für die Sonne schwierig sein wird, dieses Material zu übertragen. Dieses Überlaufen der Hülle wird wahrscheinlicher, wenn sie sich zu einem Roten Riesen ausdehnt, was in Milliarden von Jahren nicht passieren wird. Also müssen wir uns vielleicht einfach zurücklehnen und warten.

Bei einer Nova sind zwei wichtige Dinge zu beachten :

• Der Weiße Zwerg ist der am stärksten betroffene Stern, nicht die Sonne. In Fällen von extremem Massentransfer kann ein beträchtlicher Teil des Spenders anwachsen, aber ich bezweifle, dass dies passieren und signifikante Auswirkungen haben wird.
• Die Nova zerstört keinen der beiden Sterne.

Aber ich schweife ab. Zurück zur Idee einer Typ-Ia-Supernova.

Wir können diese Art von Supernova – anstelle von schwächeren, periodischen Explosionen, wie bei einer katastrophalen Variablen – erzeugen, wenn genügend Masse auf den Weißen Zwerg übertragen wird, so dass seine Masse die Chandrasekhar-Grenze überschreitet , ohne die außer Kontrolle geratene Fusion einer Nova auszulösen. Allerdings erreicht es möglicherweise nicht die Grenze, die Supernovae vom Typ Ia verursacht. Vielmehr löst die unkontrollierte Verschmelzung von Kohlenstoff und Sauerstoff, die durch den Druck der Elektronenentartung nicht gestoppt wird, die thermonukleare Explosion aus (siehe zum Beispiel Hillebrandt & Niemeyer (2000) und Mazzali et al. (2007) ). Wir haben jedoch immer noch die Probleme, die mit unserer Nova-Idee verbunden sind: Die Sonne kann wahrscheinlich noch keine Materie übertragen, und eine Typ-Ia-Supernova würde den Weißen Zwerg zerstören, nicht die Sonne.

Deshalb denke ich, dass das Auslösen einer solchen Supernova wahrscheinlich nicht helfen wird. Eine Antwort auf die Frage, auf die ich mich zuvor bezogen habe, schlug eine andere Idee als den binären Massentransfer vor: das Abwerfen eines Stücks entarteter Materie auf die Sonne. Meine trockene Antwort ist, dass Sie dieses Stück Materie überhaupt erst bekommen müssten, wenn Sie nicht nur die Sterne kollidieren lassen würden (was, wie ich bereits sagte, unwahrscheinlich ist). Millisekunden-Pulsare können etwas Masse verlieren (siehe Cook et al. (1994) ), aber Weiße Zwerge drehen sich nicht annähernd so schnell.

Kernkollaps-Supernova

Die andere Art von Supernova, die wir hier haben könnten, ist eine Kernkollaps-Supernova, entweder Typ Ib oder Typ II ^5. Ich nehme an, das ist das, wonach Sie ursprünglich gesucht haben, und wieder bin ich überrascht, dass es nicht ausführlicher behandelt wurde.

Auch hier ist das Hauptproblem die Masse, obwohl diesmal ein neuer Begleiter der Spenderstern ist, nicht die Sonne. Lassen Sie uns noch einmal auf die Erfassung zurückkommen und einige weitere Simulationen durchführen. Ich habe mich dafür entschieden, die eingehende Binärdatei aus einem 3 M bestehen zu lassen$_{\odot}$Stern und 10 M$_{\odot}$Stern ⁶ , wobei ersterer Stern hoffentlich ausgestoßen wird und letzterer Stern als Spender erhalten bleibt.

Hier ist ein erfolgreicher Versuch:

Beachten Sie, dass die 3M$_{\odot}$Begleiter wird mit ziemlich hoher Geschwindigkeit ausgeworfen, während die Sonne und die 10 M$_{\odot}$Stern bilden eine enge Binärdatei - gut für den Massentransfer.

Hier noch ein guter Lauf:

Dieser ist bemerkenswert, weil die Sonne und die 10 M$_{\odot}$bilden zunächst ein binäres System, während die 3 M$_{\odot}$Star kommt zurück, um mit dem neu erworbenen Begleiter zu kollidieren.

Ich habe ein Detail der Ereignisse markiert. Der Pfeil markiert die Anfangsgeschwindigkeit der Sonne, Kreis A markiert den ungefähren Punkt, an dem die neue Binärdatei gebildet wird, und Kreis B markiert, wo die 3 M$_{\odot}$Stern kollidiert mit dem 10 M$_{\odot}$Stern:

Es ist klar, dass sich eine Sonne/Massive-Donator-Binärdatei bilden kann. Das einzige Problem, das hier auftaucht, ist eines, das auch in der Doppelformation Sonne/Weißer Zwerg auftauchte, das ich aber nicht erwähnt habe: die orbitalen Exzentrizitäten und großen Halbachsen des neuen Systems. In vielen Fällen (siehe Läufe 1-3) bilden sich relativ nahe Binärdateien, aber sie haben große Exzentrizitäten ⁷ . In anderen Fällen (Run 4) sind die Exzentrizitäten etwas geringer, aber immer noch nicht zu vernachlässigen – und jetzt sind die Sterne für einen guten Teil ihrer Umlaufbahnen ziemlich weit voneinander entfernt. Dies bedeutet, dass der Massentransfer möglicherweise nicht einfach ist - es wird sicherlich nicht einfach sein.

Lassen wir das als kleine Spitzfindigkeit beiseite. Angenommen, es findet ein Massentransfer zwischen den 10 M statt$_{\odot}$Stern und die Sonne. Was passiert als nächstes? Nun, nicht viel Interessantes. Der Massentransfer ist durchaus möglich und ist verantwortlich für die Auflösung des Algol-Paradoxons (siehe Pustlynik (1996) ). Der Erfolg hängt hier nur davon ab, wie viel Materie übertragen werden kann. Mir ist nicht bekannt, dass dies passiert, um Überriesensterne zu erschaffen, aber ich denke auch nicht, dass es unmöglich ist. Mein einziger Haupteinwand wäre, dass sich Studien auf den Massentransfer von Roten Riesen zu anderen Sternen konzentriert haben und ein Überriese sich in dieser Hinsicht möglicherweise ganz anders verhält. Aber davon habe ich wirklich keine Ahnung.

Eine Sache noch, bevor ich das abschließe. Das Hinzufügen von Masse zu einem Stern macht ihn nicht unbedingt zu einem Stern mit derselben Gesamtmasse. Weniger verwirrend ausgedrückt: Wenn ich der Sonne acht Sonnenmassen hinzufüge, verhält sie sich nicht unbedingt wie eine 9 M$_{\odot}$Stern. Zusammensetzung und Struktur unterscheiden sich stark zwischen verschiedenen Sternen. Dies könnte in gewisser Weise die Fusion schwererer Elemente in der neueren, massereicheren Sonne beeinflussen. Auch hier gibt es jedoch nichts, was diese Sorge stützen könnte.

Einpacken

Also zusammenfassend:

Novae sind nicht gut. Sie werden dem System nicht wesentlich schaden. Supernovae vom Typ Ia werden , aber der gefährdete Körper dort ist der Massenempfänger, der Weiße Zwerg. Der Spenderstern wird nicht betroffen sein, es sei denn, ein wesentlicher Teil seiner Masse wird übertragen, und ich glaube nicht, dass dies hier der Fall sein wird. Kernkollaps-Supernovae scheinen möglich zu sein, wenn Sie einige andere Probleme lösen können. Sie hätten immer noch einen Begleitstern im System nach der Supernova, der inzwischen höchstwahrscheinlich viele der Umlaufbahnen oder Planeten ernsthaft durcheinander gebracht hätte, aber zumindest wäre die Sonne verschwunden.

Die Probleme, die Sie überwinden müssen, hängen mit den Bewegungen der Sterne zusammen:

• Es ist unwahrscheinlich, dass ein binäres System auf natürliche Weise genau auf die Sonne trifft, und jede Zivilisation hätte Schwierigkeiten, die Bewegung eines Sterns künstlich zu beeinflussen (siehe leichtfertige Bemerkungen, die ich gemacht habe ).
• Nach der Begegnung können die Umlaufbahnen des endgültigen Binärsystems etwas verrückt sein, und der Massentransfer kann möglicherweise nicht einfach erfolgen.
• Jedes Planetensystem, das Sie zu Beginn des Ganzen hatten, wird das Ereignis höchstwahrscheinlich nicht unbeschadet überstehen.

Alles in allem könnte – könnte – eine Kernkollaps-Supernova funktionieren.

Fußnoten

^{1 Kernkollaps-Supernovae sind Typ Ib oder Typ II.
2 Ich nehme die Sonne nur als Beispiel.
3 Einige können aus Kollisionen zwischen zwei Sternen resultieren, aber dies geschieht im Allgemeinen zwischen zwei entarteten Körpern und ist an vielen Orten unwahrscheinlich, außer in dichten Kugelsternhaufen, wo es vorkommen kann, wenn ein Doppelsternsystem auf einen einsamen Stern trifft. Für einen guten Überblick darüber siehe Leonard (1989) .
4 Siehe auch hier .
5 Ich werde nicht über Hypernovae sprechen ; Die Masse, die dort benötigt wird, ist einfach lächerlich.
6 8 M$_{\odot}$ist höchstwahrscheinlich die Grenzmasse für einen Stern, um eine Supernova zu werden (siehe Heger et al. (2002) ), aber ich brauche einen Spenderstern, um nicht seine gesamte Masse auf die Sonne zu übertragen , und ich brauche etwas Spielraum.
7 Dies könnte nur ein Artefakt meiner Testläufe sein, aber ich glaube nicht. Sicher, Binärdateien mit geringer Exzentrizität können sich bilden, aber sie sind höchstwahrscheinlich nicht üblich.}

Die Frage scheint zu sein: Kann eine entsprechend fortgeschrittene Zivilisation einen Stern in ein Feuerwerk verwandeln (das weit hinten steht), und wenn ja, was ist der glaubwürdigste Weg, den wir kennen?

Cola gibt Leben

Ich werde eine technologische Lösung anstreben, denn all die, bei denen Sie irgendwie einen anderen Stern in den Weg des ersten Sterns manövrieren, scheinen mehr Aufwand zu sein, als einen Stern künstlich oder eine andere Magie zu machen. Wir kämpfen damit, zu sehen, wie wir Asteroiden mit thermonuklearen Waffen bewegen können, wie um alles in der Welt würden wir einen beträchtlichen Planeten bewegen, geschweige denn einen Stern?

Dies ist übrigens ein Handlungspunkt für Red Dwarf – die Nova 5, auf der Kryten stationiert ist, hat die Mission, Sterne für eine Werbekampagne in Nova zu schicken, in der „Coke Gives Life“ in funkelnden Buchstaben am Himmel der Erde steht.

Welche Physik kann einen Stern zum Platzen bringen?

Wir haben also einen Zielstern, riesig und mit einem immens Hochdruck-Plasmakern, der durch einen CNO-Fusionszyklus wirbelt (vorausgesetzt, es ist ein beträchtlicher Stern). Wir brauchen einige physikalische Phänomene, die höhere Energieniveaus als die Fusion haben, um irgendeine Art von Delle darin zu machen. Die einzige, die ich hier sehen kann, ist Antimaterie.

Stuff              Sp. E. MJ/kg
Lithium ion cell              <1
Petrol/Gasoline               46
Compressed H2                142     Top chemical
Uranium               81,000,000     Top fission
Fusion               300,000,000     Approx 
Antimatter       180,000,000,000     2 c^2, (1 antimatter + 1 matter)

Nova mit einem Druck auslösen

Wie können wir Antimaterie verwenden, um ein Nova-Ereignis auszulösen? Wir versuchen nicht, den Stern in die Luft zu jagen, sondern ihn aus dem Rand des Gleichgewichts zu bringen.

Wenn wir also ein paar Dosen Antimaterie in die äußeren Schichten des Sterns schießen könnten, könnten wir vielleicht etwas Ähnliches wie die aktuelle NIF-Laser-getriggerte Fusionsbemühung machen; erzeugen eine kugelförmige Stoßwelle, die den Kern nach unten drückt, um dort die Dichte zu erhöhen und die Nova auszulösen.

Aber ein Beinahe-Nova-Stern ist kein Ballon, oder? Naja, so ungefähr. Das Nova-Ereignis tritt auf, wenn der fallende Strahlungsdruck des Fusionsprozesses durch die Gravitationskompression der Sternmasse überwunden wird. Verschiedene Klassen von Supernova scheinen hier unterschiedliche Prozesse zu haben, aber ich möchte eine Supernova vom Typ Ia betrachten .

Supernovae vom Typ Ia sind tickende Zeitbomben

Im Wesentlichen beginnt ein Ia mit einem Weißen Zwerg mit einer Masse, die normalerweise fortschreiten würde, ohne zu explodieren, um ein Neutronenstern zu werden. Indem es sich jedoch von einem binären Partner ernährt, erwirbt das Ia zusätzliche Masse und schafft es, über einen Zeitraum von etwa 1.000 Jahren Konvektion höhere Kerntemperaturen zu erreichen. Es wird angenommen, dass irgendwann in diesem Zeitraum eine Deflagrationsfront ("Flamme") beginnt, die eine sowohl stark exotherme als auch völlig unhaltbare CC-Fusion auslöst, die im Laufe weniger Sekunden schnell schwere Elemente verbraucht und aufsteigt die Kerntemperatur auf Milliarden Grad zu erhöhen und genug Energie zu erzeugen, um den Stern zu „lösen“ (SPLODIEREN!). Ich bin bei all diesen Details sehr verschwommen, also schauen Sie sie nach. Der Schlüsselbegriff ist Carbon Detonation .

Der Punkt ist jedoch, dass ein überfütterter Weißer Zwerg wie dieser in der Endphase nur darauf wartet, während eines Großteils dieser 1.000 Jahre zu platzen, und sobald er es tut, wird er zu einer Nova.

Alles zusammenfügen

Da die meisten masseärmeren Sterne (wie die Sonne) irgendwann zu Weißen Zwergen werden sollen, ist ein erheblicher Teil der Sterne bereits Weiße Zwerge; Wikipedia rechnet zum Beispiel mit 8 der 100 nächsten Sterne. Wie hoch der Anteil der Weißen Zwerge in binären Feeder-Beziehungen ist, ist schwer zu sagen, aber Doppelsterne sind häufig, Weiße Zwerge sind häufig, die Kombination ist durchaus denkbar, obwohl es eine Selektionsverzerrung gegen sie gibt; die verbleibenden sind diejenigen, die noch nicht aufgeplatzt sind.

Antimaterie zu einem Weißen Zwerg zu schicken scheint vage plausibel. Die ursprüngliche Idee, im Inneren des Sterns zu explodieren, ist mit einem „normalen“ Weißen Zwerg nicht möglich, da er im Wesentlichen fest ist (Elektronenentartungsdruck). Aber wir können stattdessen unsere Antimateriekanister schicken, um gleichzeitig gegen viele Punkte auf der Oberfläche zu krachen.

Ich kann Ihnen keine Zahlen nennen, da dies vom Stern und einem besseren Verständnis der Bestimmung der Wirkung einer Druckwelle auf einen konvektiven Weißen Zwerg abhängen würde, aber zumindest verwenden wir hier einen Stern, der relativ klein ist (~1,4 Sonnenmassen), relativ häufig und ohnehin schon am Rande der Explosion; Wir versuchen nur, eine Instabilität auszulösen, anstatt einen Stern zu erschaffen, der groß genug ist, um von selbst zu einer Nova zu werden. Wir können auch das Timing wählen (obwohl ich nicht sicher bin, wie vorhersehbar es wäre), während jede andere Art von Supernova in ihrer eigenen Zeitskala auftreten würde.

Der größte Nachteil ist, dass so viel Antimaterie erzeugt werden muss, dass dies Auswirkungen auf einen Stern haben könnte. Ich habe keine Ahnung, wie man das macht. Aber wir wissen, dass es möglich ist, und wir ziehen eine Zivilisation in Betracht, die weiter fortgeschritten ist als unsere eigene. Vielleicht wären die langen Zeitskalen, die benötigt werden, um so viel Antimaterie zu akkretieren, akzeptabel, und sie sollten dafür eine bessere Technologie haben.

Dunkle Möglichkeiten

Antimaterie ist die energetischste Reaktion, die in der aktuellen Physik mit Materie möglich ist, da sie die vollständige Vernichtung aller Bestandteile beinhaltet. Derzeit glauben wir jedoch, dass nur ein kleiner Bruchteil der Masse des Universums tatsächlich aus normaler Materie besteht, während der Rest „dunkle Materie“ oder „dunkle Energie“ ist. Angesichts der Tatsache, dass wir diese Dinge nur aufgrund ihrer Gravitationseffekte kennen, ist es schwer zu wissen, welche neue Physik wir entdecken könnten, wenn wir sie erforschen; Es könnte zusätzliche Felder geben, die wir noch nicht kennen, höhere Energiephänomene oder sogar Wechselwirkungen, die uns eine bessere Kontrolle über Dinge wie große Sterne geben. Die große Einschränkung ist also, dass wir wissen, dass es noch viel mehr Physik zu entdecken gibt, und eine fortgeschrittenere Zivilisation könnte durchaus mehr und größere Werkzeuge zur Verfügung haben.