Warum explodiert eine Supernova?

Es gibt viele Möglichkeiten, wie Stars ihr Leben beenden können, selbst in den wenigen Fällen, in denen das Ende gewaltsam ist. Eloff hat eine ausgezeichnete Antwort gegeben, aber ich wollte ein paar Punkte hinzufügen.

Zusammenfassung (tl;dr):

Sie brauchen die richtigen Bedingungen (Masse, Drehimpuls, Metallizität usw.), um einen Proto-Neutronenstern zu produzieren, der einem vollständigen Kollaps zu einem Schwarzen Loch widerstehen kann. Der Aufprall beim Auftreffen auf die Oberfläche des Proto-Neutronensterns und die Erwärmung durch Neutrinos treiben die Explosion von Material an. Radioaktivität ist schließlich die Quelle des Lichts, das wir von Supernovae sehen.

Das Grundbild für die Erzeugung einer Supernova aus einem massereichen Stern ¹ :

1. Der Stern verbrennt zunehmend schwerere Elemente auf kürzeren Zeitskalen, bis er auf der Zeitskala von Sekunden Eisen (Fe) produziert .

2. Nach dem Eisen hört die Verschmelzung im Kern auf und die Druckunterstützung geht verloren. Die Schwerkraft ist ungehindert und der Stern beginnt dynamisch zu kollabieren .

3. Wenn sich der Fe-Kern zusammenzieht, beginnt der Elektroneneinfang , Protonen + Elektronen in Neutronen umzuwandeln, wodurch MeV-Neutrinos emittiert werden .

4. Der Fe-Kern, der jetzt größtenteils aus Neutronen besteht , wird durch Neutronenentartungsdruck bei Kerndichten gegen weiteren Kollaps stabilisiert .

5. Weiter außen liegendes Material, das immer noch kollabiert, trifft auf die unglaublich harte Oberfläche des Proto-Neutronensterns und verursacht einen Aufprall (siehe analoges Video) : der Start einer starken Stoßwelle nach außen durch den Stern.

6. Da die durch Elektroneneinfang erzeugten Neutrinos so energiereich sind (wie dmckee betont) und weil die Dichten so hoch sind, können die Neutrinos erhebliche Energiemengen in das Außenmaterial einbringen und es über die Fluchtgeschwindigkeit hinaus beschleunigen . Das ist die Supernova-Explosion .

7. Aufgrund der heißen, dichten, Nukleonen-reichen Natur des Auswurfs produziert die r(apid)-Prozess-Nukleosynthese radioaktives Nickel (Ni) und Kobalt (Co) .

8. Nach ungefähr 10 Tagen wird die sich ausdehnende Supernova-Ejekta optisch dünn – wodurch die durch den Ni- und Co-Zerfall erzeugte Strahlung entweichen kann – dies verursacht die optische Emission, die wir Supernovae nennen .

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

Warum explodiert eine Supernova?

Es wird nicht angenommen, dass alle massereichen Sterne Supernovae erzeugen, wenn sie explodieren. In der folgenden Abbildung (die die Grundidee vermitteln soll - aber nicht unbedingt die quantitativen Aspekte) sind Regionen mit dem Titel "direkte Bildung schwarzer Löcher" Regionen mit Anfangsmasse, in denen der Neutronenentartungsdruck (Stufe "4" oben) ist nicht ausreicht, um den Kollaps aufzuhalten. Der Fe-Kern ist massiv genug, dass er weiter kollabiert, bis sich ein Schwarzes Loch bildet, und das meiste Material weiter außen schnell angelagert wird.

Aus der Region in diesem Diagramm zwischen etwa 8 und 35 Sonnenmassen wird angenommen, dass die überwiegende Mehrheit der beobachteten Supernovae stammt.

Um zu beantworten, warum Supernovae explodieren: Betrachten Sie den oben skizzierten schematischen Prozess. Der Grund, warum einige Todesfälle massereicher Sterne explodieren und andere nicht, ist, dass Sie die richtigen Bedingungen (Masse, Drehimpuls, Metallizität usw.) benötigen, um einen Proto-Neutronenstern zu erzeugen, der einem vollständigen Kollaps widerstehen kann . Der Aufprall beim Auftreffen auf die Oberfläche des Proto-Neutronensterns und die Erwärmung durch Neutrinos treiben die Explosion von Material an. Radioaktivität ist schließlich die Quelle des Lichts, das wir von Supernovae sehen.

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

Fußnote

1: Diese Diskussion beschränkt sich auf „ Kernkollaps“-Supernovae – den Kollaps massereicher Sterne, der als Typ-Ib-, Ic- und Typ-II-Supernovae beobachtet wird

Zusätzliche Referenzen

Grundsätzlich jede Arbeit von oder mit Stan Woosley, zB
Woosley & Janka 2006 - The Physics of Core-Collapse Supernovae

Vorlesungsskript von Dmitry A. Semenov - "Grundlagen der Sternentstehung und stellaren Nukleosynthese"

Sie haben Recht, dass, wenn die Fusionsreaktionen über einen bestimmten Punkt hinaus abnehmen, weil der Brennstoff aufgebraucht ist, der durch die Fusion erzeugte Außendruck den Gravitationskräften nicht mehr entgegenwirkt und der Stern (schnell) in sich zusammenfällt. In Sternen mit der richtigen Masse (kleiner als etwa 15 Sonnenmassen, aber groß genug, um zu einem Neutronenstern zu kollabieren) heizt sich der sich verdichtende Kern auf wahnsinnige Temperaturen von etwa 100 Milliarden Kelvin auf. Dies überwältigt den Neutronenentartungsdruck , der den Stern daran hindert , weiter zu kollabieren, und ein riesiger Ausbruch von Neutrinos wird freigesetzt. Etwa 10 % der Masse/Energie des Sterns werden in etwa 10 Sekunden freigesetzt, was eine unglaubliche Menge an Energie ist.

Hier wird es laut Wikipedia unscharf :

Der plötzlich gestoppte Kernkollaps prallt zurück und erzeugt eine Schockwelle, die innerhalb von Millisekunden im äußeren Kern zum Erliegen kommt, wenn Energie durch die Dissoziation schwerer Elemente verloren geht. Ein nicht klar verstandener Prozess ist notwendig, damit die äußeren Schichten des Kerns etwa 10^44 Joule (1 Feind) aus dem Neutrinopuls reabsorbieren und die sichtbare Explosion erzeugen, obwohl es auch andere Theorien darüber gibt, wie die Explosion angetrieben werden kann .

Es scheint also, dass dieser plötzliche Neutrinopuls, der vom äußeren Kern resorbiert wird, die Explosion auslöst.

Hier ist meine Theorie

Zunächst die Annahmen:

1. Materie ist Raumverschiebung*
2. Materie bewegt sich zu höheren Raumkonzentrationen**

Diese 2 Annahmen können erklären, warum bewegte Objekte in Bewegung bleiben**, warum Schwerkraft existiert, warum die Höchstgeschwindigkeit Lichtgeschwindigkeit ist, +elektromagnetische Kräfte, +die starke/schwache Kraft usw.).

Wie dies für Supernovae gilt:
In den letzten Stadien vor der Supernova ist der Materiekollaps nicht mehr unter Kontrolle und beginnt so zu kollabieren, dass zwischen der Materie, aus der der Stern besteht, kein Platz mehr ist. Wenn dies geschieht, hat die Materie an der Oberfläche wenig bis gar keinen Platz im Inneren und eine große Raumkonzentration im Äußeren. Basierend auf unseren Annahmen wird die Oberflächenmaterie aufgrund dieses Ungleichgewichts mit nahezu Lichtgeschwindigkeit nach außen explodieren. Der Raum füllt sich bis zur nächsten Schicht, und dieser Prozess setzt sich nach unten in Richtung der Mitte des Sterns fort, und BOOM ...SUPERNOVA!!!

*Stellen Sie sich einen Tischtennisball (Masse) vor, der in eine Schaumstoffmatratze (Raum) gelegt wird. Der Raum wird am meisten nahe der Oberfläche der Masse komprimiert und zunehmend weniger, wenn Sie nach draußen gehen

**Nehmen wir an, Materie bewegt sich mit einer Geschwindigkeit von ++ c(ρf-ρb)/(ρf+ρb), wo cist die Lichtgeschwindigkeit (entspricht der Geschwindigkeit, mit der der Raum auf Änderungen reagieren kann), ρfist die durchschnittliche Dichte des Raums vor der Masse (in Bewegungsrichtung), undρbist die Nettoraumdichte hinter der Masse. Wenn sich das Objekt bewegt, reagiert der Raum davor mit Lichtgeschwindigkeit, um aus dem Weg zu gehen und sich dahinter auszufüllen. Auf diese Weise werden die vorderen und hinteren Dichten aufrechterhalten und konstante Geschwindigkeiten aufrechterhalten. Befindet sich zum Beispiel Raum auf der einen Seite einer Masse, aber keiner auf der anderen, dann würde sich die Masse mit Lichtgeschwindigkeit fortbewegen. Da sich die Masse mit Lichtgeschwindigkeit bewegt, wird der Raum dahinter nicht in der Lage sein, die Rückseite der Masse einzuholen (was sie nach unseren Annahmen verlangsamen würde), und der Raum davor kann es gerade noch Schritt halten, aber nicht aus dem Weg gehen, und so bleibt das Ungleichgewicht bestehen und die Masse wird mit Lichtgeschwindigkeit weitergehen (was erklärt, warum es so schwierig ist, Dinge zu beschleunigen, wenn sie sich nähern c).

+erfordert positives/negatives Richtungsverständnis des Raums, auf das ich jetzt nicht eingehen werde.

++Dies ist die Gleichung nicht sicher, stellt aber eine Annäherung dar, wenn man weiß, dass ein relativ zum Raum ruhendes Objekt auf beiden Seiten die gleiche Dichte hätte und ein Objekt mit Raum auf nur einer Seite sich mit Lichtgeschwindigkeit fortbewegen würde. Die wahre Gleichung würde darauf basieren, was die relativen Dichten des Raums für jede mögliche Geschwindigkeit konstant halten würde.

Diese "Bounce"-Theorie ist nicht logisch. 1. Wie stark muss dieser Aufprall sein, damit er einer so starken Schwerkraft entkommen und sehr schwere äußere Schichten des Kerns auswerfen kann? 2. Damit etwas abprallt, muss es in irgendeiner Weise elastisch sein oder auf eine elastische Oberfläche treffen. Was ist in diesem Fall elastisch? 3. Eine andere Sache, die mich stört, ist, was beim Springen passiert, wenn der Kern viel dichter ist und zu einem schwarzen Loch schrumpft? Wo ist Bounce in diesem Fall?

Ich denke also, dass Supernova nichts anderes ist als eine kolossale Neutrino-Explosion mit völlig unbedeutendem oder im besten Fall sehr geringem Rückpralleffekt.