Páros instabil szupernóva

A stabil verziót 2022. június 3-án nézték meg . Ellenőrizetlen változtatások vannak a sablonokban vagy a .

A pár-instabil szupernóva [1] ( eng.  pair instabilitás szupernóva ) a kivételesen fényes szupernóvák ritka típusa . Egy ilyen csillag robbanása akkor következik be, amikor az erős gamma-sugárzás a belsejében elektron-pozitron párokat kezd generálni . Ez csökkenti a külső rétegekre nehezedő fénynyomást, ami felborítja az egyensúlyt közte és a gravitációs erő között. Ezt egy részleges összeomlás követi, majd egy erőteljes robbanás [2] . Az ilyen csillagok nem képeznek szupernóva-maradványt, csak vasat szórnak a környező térbe legfeljebb 10 naptömegnyi mennyiségben [3] .

Részecske-antirészecske párok csak olyan csillagokban jöhetnek létre, amelyek tömege 130-250 naptömeg (más források szerint 30 [4] ) és alacsony vagy mérsékelt fémes (a hidrogéntől és a héliumtól eltérő elemek alacsony előfordulása , egy helyzet a III. populáció csillagaira jellemző ).

Feltételezzük, hogy a közelmúltban megfigyelt SN 2006gy , SN 2007bi , SN 2213-1745 , SN 1000+0216 és SN 2016aps objektumok éppen ilyen szupernóvák voltak.

Fizika

Könnyű nyomás csillagokban

A körülbelül 3 × 10 8 K feletti hőmérsékletű, nagyon nagy forró csillagokban a csillagmagban keletkező fotonok főként nagyon nagy energiájú gamma-sugarak formájában keletkeznek. Az általuk létrehozott sugárzási nyomás segít megóvni a csillag felső rétegeit attól, hogy gravitációsan összenyomódjanak. Ha a gamma-sugarak energiasűrűsége hirtelen csökken, akkor a csillag külső rétegei elkezdenek összeomlani.

A kellően energikus gamma-kvantumok kölcsönhatásba lépnek az atommagokkal, elektronokkal vagy egymással. Részecskepárokat alkothatnak, például elektron-pozitron párokat, amelyek szintén találkozhatnak és megsemmisíthetik egymást, hogy ismét gamma-sugarakat hozzanak létre, az Einstein-féle energiaegyenérték E = mc 2 egyenlete szerint .

A nagy csillagokban nagyon nagy magsűrűség miatt párok gyorsan kialakulnak és megsemmisülnek . A gamma-sugarak, elektronok és pozitronok általában termikus egyensúlyban vannak , és a csillag magja stabil marad. Az atommag hőmérsékletének és sűrűségének ingadozása elég energikus gamma-sugarakat generálhat ahhoz, hogy elektron-pozitron párok lavinává alakuljon át. Ez csökkenti a nyomást, a gravitáció hatására lokális nyomás- és sűrűségnövekedés következik be, de az összeomlási folyamat leáll, mivel a pozitronok elektronokat találnak, megsemmisülnek, a gamma-sugarak nyomása pedig ismét egyensúlyba hozza a rendszert. A pozitronok populációja az új gamma-sugarak rövid távú tárolója.

Instabilitás

Mivel a gamma-sugarak hőmérséklete és energiája a csillag fejlődésével növekszik, egyre több gammasugárzási energia nyelődik el elektron-pozitron párok létrehozásához. A gammasugárzás energiasűrűségének ez a csökkenése csökkenti a sugárzási nyomást, amely ellenáll a gravitációs összeomlásnak, és támogatja a csillag külső rétegeit. A csillag összezsugorodik, a mag hőmérséklete pedig emelkedik, ezáltal megnő a termonukleáris reakciókban az energiatermelés sebessége. Ez növeli a generált gamma-sugarak energiáját, így nagyobb valószínűséggel lépnek kölcsönhatásba, és részecske-antirészecske párost alkotnak, és ezért a pár további előállítása során megnő az energiaelnyelés sebessége. Emiatt a pozitronok koncentrációja megnő, a csillagmag pedig elveszíti stabilitását egy gyors folyamatban, amelyben a gamma-sugarak egyre nagyobb sebességgel jönnek létre, de az elektron-pozitron párok létrejöttében egyre több gamma-sugarak nyelődnek el. Fontos, hogy a kezdődő összeomlás következtében a nyomás és a hőmérséklet gyorsabban növekszik, mint a gravitációs erők, ami megfordítja az összeomlást. E folyamat és a vasmagok képződésén keresztüli összeomlás között az a különbség, hogy az utóbbi esetben az exoterm (energia-felszabaduló) termonukleáris fúziót endoterm váltja fel, melyben az energia nagyon gyorsan elnyelődik, míg itt robbanómechanizmus szerint növekszik. [2] , amely egy csillag szupernóvaként történő teljes felrobbanásához vezet anélkül, hogy tömör maradványok keletkeznének.

Fontos, hogy a 0,02 és 0,001 közötti Z fémességű csillagok élete pár-instabil szupernóvává váljon, ha tömegük a megfelelő tartományba esik. A nagyon nagy, nagy fémtartalmú csillagok valószínűleg instabilok az Eddington-határ miatt, és hajlamosak tömeget veszíteni a képződési folyamat során.

Szupermasszív csillagok viselkedése

A páronkénti instabil tömegű csillagok viselkedését különböző munkák különböző módon írják le, bizonyos paraméterek határaira eltérő becslésekkel [5] [6] .

Kevesebb mint 100 naptömeg

A 100 naptömegnél kisebb csillagok által keltett gamma-sugarak nem elég energikusak ahhoz, hogy elektron-pozitron párokat hozzanak létre. Néhány ilyen csillag szupernóvává válik élete végén, de olyan mechanizmusok miatt, amelyek nem kapcsolódnak a párok instabilitásához.

100-130 naptömeg

Ezek a csillagok elég nagyok ahhoz, hogy elektron-pozitron párok létrehozásához elegendő energiájú gamma-sugarakat hozzanak létre, de az ebből eredő nyomáscsökkenés nem elegendő ahhoz, hogy ezzel a mechanizmussal a mag összeomlását (és az azt követő robbanást) idézze elő. Ehelyett a gőzképződés okozta energiacsökkenés megnövekedett fúziós aktivitást okoz a csillagon belül, ami növeli a belső nyomást és visszaállítja a csillag egyensúlyát. Feltételezik, hogy az ilyen méretű csillagok egy sor lüktetésen mennek keresztül, amelyek során az anyag egy része a felszínről a környező térbe távozik, amíg tömegük 100 naptömeg alá csökken, ami után már nem elég melegek ahhoz, hogy támogassák az elektronok létrejöttét. -pozitron párok. Ez a fajta lüktetés lehetett felelős az Eta Carinae által 1843-ban tapasztalt fényerő-változásokért, bár ez a magyarázat nem általánosan elfogadott.

130-250 naptömeg

A nagyon nagy tömegű csillagok esetében, amelyek tömege legalább 130, de akár körülbelül 250 naptömegű, valódi elektron-pozitron instabilitás léphet fel. Ezekben a csillagokban, amint megteremtik a feltételeket az ilyen instabilitás fenntartásához, a helyzet kicsúszik az irányítás alól. Az összeomlás hatékonyan összenyomja a csillag magját, elegendő túlnyomással ahhoz, hogy a magfúzió néhány másodpercen belül termonukleáris robbanást idézzen elő [6] . Sokkal több hőenergia szabadul fel, mint a csillag gravitációs összehúzódásának energiája, teljesen megsemmisül, és sem a fekete lyuk, sem más tömör maradvány nem marad a korábbi csillag helyén.

Az azonnali energiafelszabaduláson kívül a csillag magjának nagy része nikkel -56-té alakul , amely radioaktív izotóp 6,1 nap felezési idővel bomlik kobalt-56-dá. A kobalt -56 felezési ideje 77 nap, amely stabil vas izotópmá bomlik - 56. Az SN 2006gy hipernóva esetében a tanulmányok azt mutatják, hogy az őscsillagból talán 40 naptömeg is kilökődött Ni-56-ként – ez a csillag magterületeinek majdnem teljes tömege [5] . A felrobbant csillag anyaga és a korábban kilövellt gáz és radioaktív bomlás ütközése során szabadul fel a látható fény nagy része.

250-1000 naptömeg

Amikor az összeomlás elkezdődik, az ilyen csillagokban a gravitációs erő gyorsabban növekszik, mint a kisebb tömegűekben, intenzíven beindulnak az endoterm termonukleáris reakciók, és a növekvő sugárzási nyomás nem képes megállítani a fekete lyukká való összeomlást .

Több mint 1000 naptömeg

Egy feltételezett típusú csillag, amely a korai univerzumban létezhetett, az ilyen csillagok külső rétegei elég masszívak ahhoz, hogy elnyeljék a szupernóva-robbanásból származó összes energiát anélkül, hogy szétszóródnának.

Tulajdonságok

Fényesség

A legmasszívabb pár-instabil szupernóvákat nagyon fényesnek tekintik, és a csúcsfényességük nagyobb, mint 10 37 W. Fényesebbek, mint az Ia típusú szupernóvák , de kisebb tömegeknél a csúcsfényerősség kisebb, mint 1035 W, ami hasonló vagy kisebb, mint a tipikus II. típusú szupernóváké . A fényerő erősen függ a radioaktív 56 Ni kilökött tömegétől.

Spectrum

Az ilyen szupernóvák spektruma a prekurzor csillag természetétől függ. A jelentős megmaradt hidrogénhéjjal rendelkező elődök II. típusú szupernóvát alkotnak. Hidrogén hiányában, de jelentős mennyiségű héliumot kapunk, Ib típust kapunk, azok pedig, amelyekben nincs hidrogén és gyakorlatilag hélium, Ic típusúak lesznek.

Fénygörbék

A spektrumokkal ellentétben a fénygörbék nagyon eltérnek a szupernóvák szokásos típusaitól. A fénygörbék nagymértékben kibővültek, a maximális fényerő néhány hónappal a robbanás után következik be [7] . Ennek oka az 56 Ni bomlása és az optikailag sűrű kibocsátás, mivel a csillag teljesen megsemmisül.

Maradt

A páronkénti instabil szupernóva felrobbanása teljesen elpusztítja az őscsillagot, és nem hagy maga után neutroncsillagot vagy fekete lyukat. A csillag teljes tömege (nem sugárzássá alakulva) kilökődik az űrbe, ködmaradványt képezve, és sok naptömegnyi mennyiségben nehéz elemekkel gazdagítja a környező teret. Az ilyen robbanások fontos szerepet játszanak a galaxisok anyagfejlődésében .

Lehetséges képviselők

Jegyzetek

  1. A legritkább típusú legnagyobb szupernóva felrobbanását magyarázzák . www.membrana.ru. Letöltve: 2017. március 19. Az eredetiből archiválva : 2017. március 19.
  2. ↑ 1 2 Fraley, Gary S. Párgyártási instabilitás által kiváltott szupernóva-robbanások   // Asztrofizika és űrtudomány : folyóirat. - 1968. - 1. évf. 2 , sz. 1 . - P. 96-114 . - doi : 10.1007/BF00651498 . - .
  3. Egy 300 naptömegű csillagot fedeztek fel  . Európai Déli Obszervatórium (2010. július 21.). Letöltve: 2010. július 22. Az eredetiből archiválva : 2012. május 3..
  4. Gary S. Fraley. Szupernóva-robbanások a pártermelés instabilitása miatt  //  Asztrofizika és űrtudomány. — Springer , 1968-08. — Vol. 2 , iss. 1 . - P. 96-114 . — ISSN 1572-946X 0004-640X, 1572-946X . - doi : 10.1007/bf00651498 .
  5. ↑ 1 2 Nathan Smith, Weidong Li, Ryan J. Foley, J. Craig Wheeler, David Pooley. SN 2006gy: A valaha rögzített legfényesebb szupernóva felfedezése, amelyet egy olyan rendkívül nagy tömegű csillag halála hajt, mint az η Carinae  //  The Astrophysical Journal . - IOP Publishing , 2007. - Vol. 666 , iss. 2 . - 1116. o . — ISSN 0004-637X . - doi : 10.1086/519949 .
  6. ↑ 1 2 C. L. Fryer, S. E. Woosley, A. Heger. Pár-instabilitás szupernóvák, gravitációs hullámok és gamma-sugár tranziensek  //  The Astrophysical Journal . - IOP Publishing , 2001. - Vol. 550 , iss. 1 . - 372. o . — ISSN 0004-637X . - doi : 10.1086/319719 .
  7. Daniel Kasen, SE Woosley, Alexander Heger. Páros instabilitási szupernóva: fénygörbék, színképek és sokk kitörése  //  The Astrophysical Journal . - IOP Publishing , 2011. - Vol. 734 , iss. 2 . — 102. o . — ISSN 0004-637X . - doi : 10.1088/0004-637X/734/2/102 .
  8. A valaha rögzített legfényesebb szupernóva felfedezése, amelyet egy olyan rendkívül nagy tömegű csillag halála hajt, mint az Eta Carinae Archiválva 2020. június 12-én a Wayback Machine -nél , Smith et al. ( PDF )
  9. Gal-Yam, A.; Mazzali, P. & Ofek, EO (2009. december 3.), Supernova 2007bi mint pár-instabilitási robbanás , Nature T. 462 (7273): 624–627, PMID 19956255 , doi : 10.1038/natures08 http ://natures0579 .harvard.edu/abs/2009Natur.462..624G > Archiválva : 2017. március 1. a Wayback Machine -nél 
  10. Cooke, J.; Sullivan, M.; Gal-Yam, A.; Barton, EJ; Carlberg, R. G.; Ryan-Weber, EV; Horst, C.; Omori, Y.; Díaz, C.G. Szuperfényes szupernóvák 2,05 és 3,90 vöröseltolódásnál  //  Nature : Journal. - 2012. - Kt. 491 , sz. 7423 . - P. 228-231 . - doi : 10.1038/nature11521 . — . - arXiv : 1211.2003 . — PMID 23123848 .
  11. A csillagászok észlelték az általunk valaha megfigyelt legerősebb csillagrobbanást , Science Alert (2020. április 14.). Archiválva : 2020. április 15. Letöltve: 2020. április 15.

Linkek