Какое звездное ядро ​​или выродившийся материал потребуется для создания живучего взрыва?

Интересный вопрос. Я достаточно уверен, что ответ сводится к свойству материи, называемому уравнением состояния .

Уравнение состояния представляет собой отношение между несколькими термодинамическими переменными, обычно давлением ($P$), плотность ($\rho$), и температура ($T$). Возможно, вы слышали о некоторых простых, таких как закон идеального газа . Зная уравнение состояния вещества, мы можем понять, как оно поведет себя при тех или иных обстоятельствах.

Вещество в нормальной звезде главной последовательности в хорошем приближении можно описать законом идеального газа:

$$P\propto\rho T$$ где постоянная зависит от состава жидкости.

Это уравнение состояния с красивым эффектом неофициально называют «механизмом термостата», который стабилизирует звезду от нестабильности. Если температура повысится из-за более высокой скорости синтеза или какого-либо другого возмущения, то же самое произойдет и с давлением, и звезда расширится. Температура и плотность вскоре снизятся, что снизит скорость плавления. В свою очередь, давление уменьшается, переводя звезду в новое устойчивое (равновесное) состояние. То же самое происходит, если температура падает.

Вырожденная материя не подчиняется закону идеального газа. В объектах, поддерживаемых в основном давлением вырождения электронов , уравнение состояния другое. Нерелятивистская форма:

$$P\propto\rho^{5/3}$$ в то время как релятивистская форма $$P\propto\rho^{4/3}$$ Обратите внимание на полное отсутствие зависимости от температуры. Это означает, что при повышении температуры в теле, поддерживаемом этим давлением, нет ничего похожего на механизм термостата для понижения температуры. Результаты могут быть катастрофическими. Например, сверхновые типа Ia возникают, когда белый карлик аккрецирует вещество и начинает сплавлять его на своей поверхности. Если скорость синтеза слишком высока, температура повышается, и неуправляемый синтез может уничтожить звезду. ¹

Своего рода танец между двумя отношениями является механизмом гелиевой вспышки . У звезды чуть более массивной, чем Солнце ($\sim2$солнечных масс), когда в ядре заканчивается синтез водорода, звезда немного сжимается, так как синтез продолжается во внешних слоях. В конце концов в ядре образуется вырожденное вещество, и внутренняя часть звезды теперь поддерживается давлением вырождения, а не тепловым давлением. В конце концов, ядро ​​достаточно сжимается и нагревается настолько, что гелий быстро превращается в углерод, вызывая, казалось бы, безудержную реакцию. Однако по мере того, как звезда снова расширяется, тепловое давление во внешних слоях берет верх, успокаивая звезду. Высвобождается большое количество энергии (отсюда и название «гелиевая вспышка»), но звезда выживает.

Ваш сценарий интересен тем, что если другая сторона червоточины откроется в любую среду с высокой температурой и высоким давлением, последствия будут абсолютно катастрофическими. Единственная надежда на то, что взрыва не будет, заключается в том, что червоточины по какой-то причине очень недолговечны большую часть времени, и поэтому через них может пройти лишь очень небольшое количество материала.

Полуручное объяснение, которое вам может понадобиться, состоит в том, что червоточины образуются из-за некоторого перепада температур. Конденсат Бозе-Эйнштейна холодный, а звездообразный объект горячий. Мы могли бы сделать вид, что червоточины вообще существуют только при больших перепадах температур.

Кроме того, предположим, что когда червоточины открываются в любом целевом объекте, который вы ищете, это вызывает повышение температуры. Поначалу это не проблема, потому что количество вещества, которое используют ученые, не так уж велико. Однако по прошествии достаточного времени этот эффект накапливается, если он не смягчается телом-мишенью посредством охлаждения (которое, как вы могли бы утверждать, затем закрывает червоточины, пропуская лишь небольшое количество материи), и происходит взрыв.

Если вы хотите сделать что-то подобное, то я бы рекомендовал использовать белого карлика в бинарной системе, который уже аккрецирует материю. Червоточины просто обеспечивают катализатор для начала слияния, и остановить его невозможно. Более высокие температуры означают более высокую разницу температур. Таким образом, червоточины остаются открытыми дольше, и вдруг через них проходит значительное количество материи, поскольку белый карлик подвергается вспышке сверхновой типа Ia.

Примечание: нейтронные звезды

Я понял, что полностью игнорировал уравнение состояния нейтронных звезд. Этому есть две причины:

1. Это должно быть релятивистским, что означает, что это довольно сложно.
2. Это на самом деле не очень известно, и является активной областью изучения.

Нейтронные звезды массивны и компактны, и поэтому для их точного рассмотрения необходимо использовать общую теорию относительности ² (хотя в некоторой степени могут работать и нерелятивистские приближения; если вам действительно интересно, вы можете взглянуть на политропические модели с индексами$0\leq n\leq1.5$). Другая проблема заключается в том, что мы еще не знаем, какое уравнение состояния лучше всего описывает нейтронные звезды. Чтобы установить соответствующие ограничения, необходимы дополнительные наблюдения (особенно двойных систем и пульсаров), хотя некоторые из них уже были предложены. Латтимер (2013) — хороший обзор различных уравнений состояния нейтронных звезд.

По этой причине я решил не обсуждать этот вариант; мы просто не знаем достаточно, чтобы точно определить, каковы будут последствия в вашем сценарии. Однако я могу сказать вам, что они не принесут пользы физикам.

Другие вырожденные объекты, такие как кварковые звезды, также имеют сложные и пока еще недостаточно ограниченные уравнения состояния. Я рассказываю об этом более подробно в другом моем ответе .

---

¹ Это не гарантируется ; ударная волна может вместо этого выдыхаться в так называемой волне дефлаграции (в отличие от успешной волны детонации ). Моделирование того, как возникают эти типы волн, было целью симуляций в течение достаточно долгого времени.

² Релятивистские модели также весьма хороши для белых карликов; см., например, этот проект .