Wie verursacht die Paarproduktion eine Supernova mit Paarinstabilität, anstatt zur Bildung eines Schwarzen Lochs zu führen?

Der Wikipedia-Artikelüber Pair-Instability Supernovas (PISNs) scheint keine sehr gute Erklärung dafür zu geben, was eine PISN verursacht. Mein Verständnis des beschriebenen Prozesses ist wie folgt: Sobald der Kern heiß genug wird, beginnt er, Gammastrahlen mit genügend Energie zu erzeugen, um Elektron-Positron-Paare zu erzeugen, wenn sie mit Atomkernen interagieren, obwohl diese Paare schließlich vernichten und eine Art Gleichgewicht bilden zwischen Gammastrahlen und E/P-Paaren. Da der Strahlungsdruck verhindert, dass der Kern zusammenbricht, bedeutet die Tatsache, dass ein Teil der Strahlungsenergie jetzt in Form von E/P-Paaren vorliegt, dass der Strahlungsdruck abnimmt, wodurch sich der Kern zusammenzieht. Diese Kontraktion bedeutet, dass sich die Fusion beschleunigt und der Kern sich erwärmt, wodurch energiereichere Gammastrahlen entstehen, die sich noch besser für die Paarbildung eignen. Es bedeutet auch, dass die Kerne viel näher beieinander liegen, was bedeutet, dass Gammastrahlen mit ihnen interagieren und viel schneller E/P-Paare bilden, wodurch die Energiemenge in Form von E/P-Paaren im Vergleich zur Energiemenge in Form von erhöht wird gamma Strahlen. Dies bedeutet insgesamt eine Verringerung des Strahlungsdrucks, wodurch der Kern weiter kollabiert. Dies ist eine positive Rückkopplungsschleife, die unweigerlich zu einer außer Kontrolle geratenen Fusionsreaktion führt.

Es gibt zwei Probleme mit dieser Erklärung. Das erste ist, dass es so aussieht, als ob diese positive Rückkopplungsschleife in dem Moment beginnen sollte, in dem die Fusion beginnt. Die andere ist, dass es für die außer Kontrolle geratene Fusionsreaktion keine Möglichkeit zu geben scheint, die Tatsache zu überwinden, dass die Paarbildung Energie wegnimmt, die helfen könnte, den Kernkollaps zu verhindern. Es scheint, als sollte der Kern direkt in ein Schwarzes Loch kollabieren. Wo ist die Lücke in meinem Verständnis?

Warum sollte es in dem Moment beginnen, in dem die Fusion beginnt? Die pp-Kettenfusion läuft bei viel niedrigeren Temperaturen ab als der Paarinstabilitätsprozess. Beispielsweise beträgt die Sonnenkerntemperatur ~ 15,7 MK, aber laut Ihrem Link benötigen Sie> 300 MK für eine signifikante Paarproduktion.
Bedeutet das also, dass ein PISN nicht stattfinden wird, bis der Kern des Sterns 300 MK erreicht?
Sie benötigen die richtige Kombination aus Temperatur, Druck und geringer Metallizität, um eine Instabilität der Paarproduktion zu erreichen. Es gibt masseärmere Sterne mit noch heißeren Kernen, z. B. läuft die Kohlenstofffusion bei ~500 MK. Sie benötigen also thermische Photonen mit genügend Energie, um eine Paarbildung (>1,022 MeV) zu verursachen, und eine ausreichend hohe Dichte der richtigen Kerne, um die Paarbildungsrate zu erhöhen. (Entschuldigung, ich weiß nicht, warum zu viele schwerere Kerne PISN verhindern).
Ich denke, Metallizität, von der Sie annehmen, dass Sie sie mit "schwereren Kernen" gemeint haben, verhindert einen PISN, indem sie die Geschwindigkeit erhöht, mit der ein Stern an Masse verliert, was bedeutet, dass der Stern zu dem Zeitpunkt, an dem ein PISN aufgetreten wäre, nicht massiv genug ist.

Antworten (1)

Das Problem mit Ihrer Argumentation besteht darin, dass Sie fälschlicherweise davon ausgehen, dass eine zunehmende Kernfusion das Paar / Photonen-Verhältnis erhöht.

Es ist sicherlich richtig, dass eine Erhöhung der Temperatur die Kernfusionsraten und damit die Produktion von Photonen erhöht. Mehr Photonen bedeuten eine größere Möglichkeit, Elektron-Positron-Paare zu erzeugen, aber warum sollte das Verhältnis Paare/Photonen Ihrer Meinung nach ebenfalls zunehmen?

Da die pulsierende Paarinstabilität nicht immer zu einer außer Kontrolle geratenen Fusionsreaktion führt, bedeutet dies, dass das Injizieren von mehr Photonen in das System tatsächlich das Paar/Photonen-Verhältnis verringert , den Kollaps stoppt und den Pulsationsmechanismus auslöst.

Der einzige Weg herauszufinden, dass dies tatsächlich der Fall ist, besteht darin, das vollständige Gleichungssystem nach den Raten der beteiligten Prozesse zu lösen.

Ich denke, dass Fowler & Hoyle (1964) in Neutrino Processes and Pair Formation in Massive Stars and Supernovae die ersten, die die Möglichkeit von Supernovae zur Paarbildung angesprochen haben

Bedeutet PPI pulsierende Paarinstabilität?
@zucculent Ja, tut mir leid, dass ich es nicht angegeben habe
Bedeutet dies, dass die Kerne von Sternen, die für PISNs anfällig sind, kurze Perioden intensiverer Paarproduktion haben werden und früher oder später einer dieser "Impulse" eine außer Kontrolle geratene Rückkopplungsschleife auslösen und einen PISN verursachen wird?
@zucculent Es hängt von der Masse des Kerns ab. In einigen Fällen würde der Stern einige Pulsationen erfahren, viel Masse verlieren und sich dann selbst stabilisieren. In einigen anderen Fällen reicht eine Pulsation aus, um die Supernova auszulösen. Andernfalls kann der Stern mit kleinen Pulsationen beginnen, die langsam an Amplitude zunehmen, bis der letzte Puls den Stern explodieren lässt. Werfen Sie einen Blick auf Pulsational Pair-Instability Supernovae von Woosley, das all diese Szenarien mit hydrodynamischen Simulationen untersucht
Haben Sie irgendwelche Gedanken zur Rolle der Metallizität? Der Wikipedia-Artikel ist in dieser Hinsicht ziemlich vage. Es besagt nur, dass diese Supernovae in Sternen mit geringer Metallizität auftreten, die zB von verschmolzenen Pop-III-Sternen gebildet werden.
@PM2Ring weiß nicht, wahrscheinlich ist der Grund, dass man einen sehr massiven Kern braucht, um so hohe Temperaturen zu erreichen. Und nur Sterne mit geringer Metallizität sind in der Lage, dies zu erreichen, da sie von Anfang an massiver sind (Hauptreihe im Alter von Null) und diese Masse während ihres gesamten Lebens behalten können, da sie in Sternwinden nicht viel Masse verlieren