Как образование пар вызывает сверхновую с нестабильностью пар, а не приводит к образованию черной дыры?

Статья в Википедиио сверхновых с парной нестабильностью (PISN), кажется, не дает очень хорошего объяснения того, что вызывает PISN. Мое понимание описываемого процесса таково: как только ядро ​​становится достаточно горячим, оно начинает производить гамма-лучи с энергией, достаточной для образования электронно-позитронных пар при взаимодействии с атомными ядрами, хотя эти пары в конце концов аннигилируют, образуя своего рода равновесие. между гамма-лучами и парами E/P. Поскольку радиационное давление — это то, что удерживает ядро ​​от коллапса, тот факт, что часть энергии излучения теперь находится в форме пар E/P, означает, что радиационное давление уменьшается, вызывая сокращение ядра. Это сжатие означает, что синтез ускорится, и ядро ​​будет нагреваться, создавая более энергичные гамма-лучи, которые еще лучше поддаются образованию пар. Это также означает, что ядра будут располагаться намного ближе друг к другу, а это означает, что гамма-лучи будут взаимодействовать с ними и формировать пары E/P намного быстрее, увеличивая количество энергии в форме пар E/P по сравнению с количеством энергии в форме пар. гамма излучение. Это означает общее снижение радиационного давления, из-за чего ядро ​​продолжает разрушаться. Это петля положительной обратной связи, которая неизбежно приводит к безудержной реакции синтеза.

В этом объяснении есть две проблемы. Во-первых, кажется, что эта петля положительной обратной связи должна начаться в тот момент, когда начинается слияние. Во-вторых, похоже, что неконтролируемая реакция синтеза не может преодолеть тот факт, что образование пар забирает энергию, которая могла бы помочь предотвратить коллапс ядра. Кажется, что ядро ​​должно схлопнуться прямо в черную дыру. Где пробел в моем понимании?

Почему это должно начаться в момент начала слияния? Слияние цепей pp протекает при гораздо более низких температурах, чем процесс парной нестабильности. Например, температура солнечного ядра составляет ~ 15,7 МК, но, согласно вашей ссылке, вам нужно> 300 МК для значительного производства пар.
Значит ли это, что PISN не произойдет, пока ядро ​​звезды не достигнет 300 MK?
Вам нужна правильная комбинация температуры, давления и низкой металличности, чтобы получить нестабильность образования пар. Есть звезды с меньшей массой и еще более горячими ядрами, например, углеродный синтез происходит при ~500 МК. Таким образом, вам нужны тепловые фотоны с достаточной энергией, чтобы вызвать образование пар (> 1,022 МэВ), и достаточно высокая плотность правильных ядер, чтобы увеличить скорость образования пар. (Извините, я не знаю, почему слишком много более тяжелых ядер мешают PISN).
Я думаю, что металличность, которую я предполагаю, это то, что вы имели в виду под «более тяжелыми ядрами», предотвращает PISN, увеличивая скорость, с которой звезда теряет массу, а это означает, что к тому времени, когда PISN должен был произойти, звезда недостаточно массивна.

Ответы (1)

Проблема с вашим аргументом в том, что вы ошибочно предполагаете, что усиление ядерного синтеза увеличивает соотношение пар/фотонов.

Безусловно верно, что повышение температуры увеличивает скорость ядерного синтеза и, следовательно, производство фотонов. Больше фотонов означает больше возможностей для производства электрон-позитронных пар, но почему вы думаете, что отношение пары /фотоны также должно увеличиваться?

Поскольку нестабильность пульсационной пары не всегда приводит к неконтролируемой реакции синтеза, это означает, что введение большего количества фотонов в систему фактически уменьшает соотношение пар/фотонов, останавливая коллапс и запуская механизм пульсации.

Единственный способ узнать, что это действительно так, — решить полную систему уравнений для скоростей вовлеченных процессов.

Я думаю, что первыми, кто упомянул о возможности образования пар сверхновых, были Фаулер и Хойл (1964) в работе « Нейтринные процессы и образование пар в массивных звездах и сверхновых».

Означает ли PPI пульсационную парную нестабильность?
@zucculent Да, извините, что не указал это
Означает ли это, что ядра звезд, восприимчивых к PISN, будут иметь короткие периоды более интенсивного образования пар, и рано или поздно один из этих «импульсов» вызовет неуправляемую петлю обратной связи и вызовет PISN?
@zucculent Это зависит от массы ядра. В некоторых случаях звезда подвергалась пульсациям, теряла много массы, а затем стабилизировалась. В некоторых других случаях достаточно одной пульсации, чтобы вызвать сверхновую. В противном случае звезда может начать с небольших пульсаций, которые медленно нарастают по амплитуде, пока последний импульс не заставит звезду взорваться. Взгляните на книгу Вусли « Сверхновые с пульсирующей парой нестабильности» , в которой все эти сценарии исследуются с помощью гидродинамического моделирования.
Есть ли у вас какие-либо мысли о роли металличности? Статья в Википедии довольно расплывчата на этот счет. В нем просто говорится, что эти сверхновые возникают в звездах с низкой металличностью, например, образованных слившимися поп-звездами III.
@ PM2Ring не знаю, возможно, причина в том, что для достижения таких высоких температур нужно очень массивное ядро. И только звезды с низкой металличностью могут достичь этого из-за того, что они изначально более массивны (в нулевом возрасте главной последовательности) и способны сохранять эту массу на протяжении всей своей жизни, потому что они не теряют много массы в звездных ветрах.