恒星爆炸时,为什么反弹力量比跌落力量更大?

恒星爆炸时,为什么反弹力量比跌落力量更大?

松泉,不会写科幻的天文学家不是好的诗人

好问题。恒星爆炸中最开始的反弹激波并不是炸掉恒星的原因,而是一部分激波获得了中微子的能量,才把恒星炸掉了。

【我们来看坍缩型超新星爆发的具体过程】

恒星演化的尽头是铁核的形成。对于 25 倍太阳质量的恒星,H 燃烧时标为 7 百万年,He 核燃烧 50 万年,C 核燃烧 600 年,Ne 核燃烧 1 年,O 核燃烧 6 个月,Si 核燃烧 1 天就可以烧完。所以:

(1)恒星内核一直在节节收缩、节节抵抗,直到铁核生成,抵抗突然消失了。因为铁原子具有最大的平均核子的结合能,是恒星内部热核反应的终结点。

(2)由于温度很高,铁核被光致解离:

铁核

氦核

光致电离吸收大量能量,进一步降低热压力,恒星进一步坍缩。

对 10

的恒星,光致解离发生在铁核到 1.3

时;对 50

的恒星,光致解离发生在铁核到 2.5

时。

(3)发生中子化过程(neutronization):

坍缩的内核温度密度急剧增高,当

时,发生中子化

,此时电子简并压力突然消失,中微子瞬间带走绝大部分能量。

由地球大小在一秒内塌缩成 50 公里大小的原中子星,释放出巨大的引力势能(~

能量)。其中 99%的能量被中微子带走,剩下 1%是动能,还有 0.01%被辐射带走。

原中子星外部物质继续高速下落,直到砸在坚硬的中子星表面并反弹回去,形成高速向外的反弹激波。此时最外部壳层茫然不知内部的情形。

反弹激波并不能把外部壳层撕裂,大部分反弹激波的能量被下落的外铁核壳层中的铁核解离所消耗,因此停止。但由于核区极高的密度,激波可以俘获部分中微子辐射以得到增强,事实上只需要吸收 5%的中微子能量激波就可以撕裂外部壳层,冲破恒星表面,形成超新星爆发。如果还是不能撕裂恒星,激波回落到中子星表面,形成失败的超新星。

总结:

(1)恒星铁核形成,核心核反应停止,Rc 变小,Tc 上升,电子简并压不足以抵挡停止聚变的铁核继续塌缩;

(2)内核温度增高到铁核被光致解离成氦核,并继续解离为质子和中子;

(3)核的密度增高到电子被质子吸收而形成中子和中微子,

(4)以上过程造成巨大的能量损失,导致压力剧减,Rc 继续变小,Tc 进一步上升,塌缩加速;

(5)直到密度达到核密度(

)而具有斥力,核坍缩停止,内核反弹而使外层向外传播;

(6)外传激波俘获中微子辐射而得到加强;

(7)激波向外传过整个恒星,壳层抛射;

(8)形成 II 型超新星;

(9)留下一个中子星或黑洞。