Может ли только ядерный синтез объяснить выход энергии сверхновой типа 1а?

В отличие от других сверхновых, размеры которых могут различаться, все сверхновые типа Ia имеют примерно одинаковый размер. Это связано с тем, что они возникают, когда белая карликовая звезда набирает достаточную массу от своего двойного компаньона, чтобы достичь предела Чандрасекара в 1,44 массы Солнца.

Энергия, выделяемая сверхновой типа Ia, оценивается в 10 44 джоули. Поскольку все взрывы имеют одинаковый размер, светимость также одинакова, и по этой причине сверхновые типа Ia используются в качестве стандартных свечей для измерения расстояний объектов от нашей точки отсчета по всей Вселенной.

Я делал некоторые грубые расчеты, используя процент массы, который фактически преобразуется в энергию во время ядерного синтеза, а затем подставлял эту цифру в Е знак равно м с 2 и я продолжаю получать дефицит, даже когда я подставляю сверхреалистичные цифры для части солнечной массы в 1,44, которая, как ожидается, слиться.

Как физик-любитель, я мог делать некоторые ошибки. Каким будет разумный расчет общей энергии, выделяемой в результате ядерного синтеза для белого карлика массой 1,44 солнечной, который одновременно сжигает все свое термоядерное топливо?

Между прочим, я почти уверен, что «сверхновая» — единственное число, а «сверхновая» — множественное число. Или, конечно, "supernovas", что всегда действительно в английском языке.
Большая часть света, испускаемого сверхновой типа Ia, не образуется непосредственно в результате синтеза. В результате реакции синтеза образуется около половины солнечной массы никеля-56, который неустойчив к бета-распаду до кобальта-56 (период полураспада — неделя), который затем снова бета-распадает до железа-56 (период полураспада — несколько месяцев). ). Эти реакции деления отвечают за поддержание яркости сверхновой в течение недель или месяцев после первоначального взрыва.
@calchas Но не несет ответственности за отвязку звезды.

Ответы (1)

Задняя часть расчетов конверта (и это все) будет основываться на предположении, что белый карлик полностью состоит из 12 C (это не так) и полностью преобразуется в 56 Ни (это не так).

Подходящей массой для использования будет ∼ 1,4 М ⊙ (на самом деле чуть меньше - реальная "чандрасекаровская масса", при которой наступает неустойчивость, определяется коллапсом ОТО, или обратным бета-распадом, или началом пикоядерных реакций, причем все они происходят при р ∼ 3 × 10 13 кг/м 3 когда белый карлик имеет массу около 1,37-1,38 М ⊙ ).

Если звезда полностью 12 С, то это означает 1,40 × 10 56 ядра углерода, содержащие 1,68 × 10 57 барионы. Для сохранения барионного числа число 56 Образующиеся ядра Ni меньше в 12/56 раз.

Масса каждого ядра углерода (по определению) равна 12 м ты , куда м ты является атомной единицей массы. Масса каждого ядра никеля 55,94 м ты .

Таким образом, изменение массы, превращающее весь углерод в никель, равно

Δ М ≃ 1,40 × 10 56 × 12 м ты − 1,40 × 10 56 × ( 12 / 56 ) * 55,94 м ты
Δ М ≃ 1,8 × 10 54 м ты знак равно 3.0 × 10 27   к грамм

Преобразование этого в энергию дает 2,7 × 10 44 J, что действительно примерно соответствует энергии сверхновой типа Ia. Именно это и отвечает за "взрыв" звезды, так как при начальном радиусе ∼ 1000 км, имеет гравитационную энергию связи, ∼ − 3 грамм М 2 / 5 р знак равно − 3 × 10 44 Дж.

Немного меньший расчет задней части оболочки будет включать внутреннюю энергию релятивистских электронов, что значительно уменьшает величину энергии связи (она будет равна нулю для звезды, полностью управляемой идеальным ультрарелятивистским давлением вырождения, и уменьшена вдвое для нерелятивистского давления вырождения). давление релятивистского вырождения), так что большая часть высвобождаемой энергии может фактически перейти на фотоны, нейтрино и кинетическую энергию выброса.

Это делает сверхновую типа Ia удивительно эффективной, если она питается от термоядерного синтеза; Я бы наивно (не физик) ожидал, что безудержный синтез вытолкнет подавляющую, подавляющую часть массы из гравитационного колодца, прежде чем она сможет слиться. Вместо этого ваша оценка (на оборотной стороне конверта) состоит в том, что около 1/3 всей звезды подвергается слиянию! Это одна крутая скала.
@Yakk Есть некоторые свидетельства того, что слияние происходит как сверхзвуковая детонация, а не как постепенное «медленное» распространение пламени по остаткам. В этом случае, грубо говоря, материал перед фронтом не будет «информирован» о синтезе, происходящем в другом месте в остатке, пока через него не пройдет фронт детонации.
Роб, мне лень делать вычисления, не спрашивая... у тебя случайно нет цифры высвобожденной гравитационной энергии связи? Просто на уровне «похожий», «меньше, но сравнимый», «незначительный» или «глупый кролик, это даже не близко» было бы хорошо.
@dmckee р ∼ 1000 км, так 3 грамм М 2 / 5 р ∼ 3 × 10 44 Дж...
@Calchas теперь, как сделать это искусственно...
Может ли только ядерный синтез объяснить выход энергии сверхновой типа 1а?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v