Астронет > 1.2 Нейтронизация вещества и УРКА-процессы

по текстам по ключевым словам в глоссарии по сайтам перевод

Эволюционная астрофизика

<< 1.1 Фотодиссоциация 1.3 Захват нейтрино и >>

1.2 Нейтронизация вещества и УРКА-процессы

Ядерная эволюция в недрах звезд в целом сопровождается увеличением относительного содержания нейтронов: если в начале эволюции в веществе, состоящем на 75% из водорода и 25% из гелия, на 6 протонов приходится 1 нейтрон, то уже после образования гелия это соотношение уменьшается до 1:1. С ростом плотности и началом вырождения электроны приобретают из-за принципа Паули релятивистские скорости (уже при $\rho>10^6$ г/см³). Начиная с некоторой пороговой энергии электронов (энергии Ферми ${\cal E}_F$ ) становятся возможными процессы нейтронизации вещества:

$\begin{displaymath}He^3+e^-\to H^3+\nu_e, \quad {\cal E}_F=18\,кэВ\,,\quad \rho>10^6\end{displaymath}$

$\begin{displaymath}He^4+e^-\to H^4+n+\nu_e. \quad {\cal E}_F=20\,МэВ\,,\quad \rho> 10^{11}\end{displaymath}$

$\begin{displaymath}Fe^{56}+e^-\to Mn^{56}+\nu_e, \quad {\cal E}_F=4\,МэВ\,,\quad \rho>10^{11}\end{displaymath}$

Заметим, что $\beta$ -распад образующихся радиоактивных ядер запрещен принципом Паули, т.к. электроны вырождены и все возможные энергетические состояния заняты.

Средняя энергия образующихся при электронном захвате нейтрино порядка энергии захвачиваемого электрона

$\begin{displaymath} \langle E_\nu\rangle \sim \langle E_{e^-}\rangle\sim {\cal E}_F\approx 51.6 (Y_e \rho_{12})^{1/3} \hbox{МэВ} \end{displaymath}$

(2)

где Y_e=n_e/n_b - число электронов на барион (0.42 на начало горения кремния), $\rho_{12}=\rho/(10^{12}$ г/см³) - плотность.

При нейтронизации упругость вырожденного вещества уменьшается, так как уменьшается концентрация электронов при сохранении плотности барионов (лептонный параметр Y_e) (т.е. опять происходит фазовый переход 1-го рода), и эффективный показатель адиабаты вещества $\Gamma=d\log P/d\log \rho$ уменьшается с 5/3 до 4/3. А из теоремы вириала (или условия гидростатического равновесия звезды) известно, что при таком показателе нарушается механическая устойчивость звезды. Поэтому нейтронизация вещества является одним из основных физических процессов, поддерживающих коллапс ядер массивных звезд на поздних стадиях эволюции.

Дополнительная причина потери гидростатической устойчивости звезды - эффекты общей теории относительности: в ОТО давление вещества дает вклад в силу притяжения (образно говоря, давление ``весит''), поэтому при больших плотностях и давлениях вырожденного газа эффекты ОТО приводят к увеличению силы, стремящейся сжать звездное вещество.

При нейтронизации вещества звезда очень быстро теряет устойчивость: потеря упругости приводит к сжатию и нагреву, но отрицательная теплоемкость обычных звезд здесь перестает срабатывать, так как давление газа, противодействующее сжатию, почти не зависит от температуры. Большая часть энергии от гравитационного сжатия уносится нейтрино, образующимися при нейтронизации, и даже если рост температуры при коллапсе снимает вырождение электронного газа, энергия продолжает уноситься антинейтрино в ходе процессов бета-распадов перегруженных нейтронами ядер. Необратимые потери энергии при прямых и обратных бета-распадах получили название УРКА-процессов (впервые рассмотрены Гамовым и Шенбергом). Объемные потери энергии при УРКА-процессах сильно зависят от температуры и составляют

$\begin{displaymath} Q_{\hbox{urca}}\approx 8\times 10^{11}\rho(T/10^9\hbox{K})^6 \hbox{эрг/см$^3$/с} \end{displaymath}$

(Пинаев) а с учетом реакций, идущих через обмен нейтральным Z-бозоном $e^-\to Z^0\to e^-+\nu_e+\tilde\nu_e$ и $e^++e^-\to \nu_e+\tilde\nu_e$

$\begin{displaymath} Q_{\hbox{urca}}\sim 4\times 10^{15}\rho (T/10^9)^9\,\hbox{эрг/см}^3\hbox{с}^{-1}. \end{displaymath}$

Таким образом, на заключительных стадиях эволюции нейтринная светимость звезд (составляющая на главной последовательности несколько процентов от фотонной светимости) значительно возрастает и становится преобладающей.

<< 1.1 Фотодиссоциация 1.3 Захват нейтрино и >>

Публикации с ключевыми словами: астрофизика - Эволюция звезд - квазары - Космология
Публикации со словами: астрофизика - Эволюция звезд - квазары - Космология

См. также:

Будет ли концом Вселенной Большой Разрыв

Туннель времени

Объявлены лауреаты самой престижной премии по космологии за 2007 год

Кошачий глаз в ширину и глубину

Резюме лекции А.Линде 10 июня 2007 г. в ФИАНе

Лекция Андрея Линде «Многоликая Вселенная»

Вселенная с бóльшими измерениями?

Все публикации на ту же тему >>

Обсудить эту публикацию

Версия для печати

Астрометрия - Астрономические инструменты - Астрономическое образование - Астрофизика - История астрономии - Космонавтика, исследование космоса - Любительская астрономия - Планеты и Солнечная система - Солнце