Death of a Massive Star

• Kan 3, 2024

Massive stjerner blir født på samme måte som mindre stjerner som Sola. Tyngdekraften får en sky av gass til å kollapse til den er tett nok og varm nok til å starte hydrogenforbrenning. Dette er kjernefysisk fusjon av hydrogenatomer for å lage heliumatomer. Den ytre kraften til energien fra atomreaksjonene balanserer tyngdekraften. En stjerne som solen vil ikke gå tom for drivstoff i milliarder av år, men en massiv stjerne brenner sterkt og slipper gjennom drivstoffet i en brøkdel av tiden.

Stellar nukleosyntese
Når en stjerne går tom for hydrogenbrensel, trekker kjernen seg sammen. Det produserer varme, kanskje nok til å begynne å brenne helium. Dette skjer i sollignende stjerner, så vel som stjerner som er mer massive enn solen. Selv om kjernen trekker seg sammen, utvides de ytre lagene. Sollignende stjerner svulmer inn røde kjemper og massive stjerner inn røde supergiganter.

Men når heliumet er brukt opp, er fusjon over for stjerner hvis masse er 0,5 til 8 ganger solens masse. Siden uten fusjon er det ingen ytre kraft for å begrense tyngdekraften, kollapser stjernen i et hvit dverg.

Og stjerner med høy masse - hva skjer med dem? Siden de er mer massive, brenner de varmere. Helium-fusjon produserer karbon og oksygen, og en massiv stjerne kan deretter smelte sammen disse tyngre atomene for å produsere enda tyngre. De kan gå gjennom flere slike sykluser til stjernen smelter sammen silisium i jern og ender opp med en jernkjerne. Prosessen med å smelte lettere elementer til tyngre blir kjent som stjernenukleosyntese.

Når stjernen har en jernkjerne, er det slutten. Du kan ikke smelte sammen jern for å frigjøre energi. Tyngdekraften vinner endelig. Med ingenting som hindrer det, kollapser stjernen på en mest spektakulær måte.

Litt om atomer
Før vi fortsetter historien, må vi merke oss noen få fakta om atomer.

• Et atom har en cellekjernen laget av protoner (med en positiv ladning) og nøytroner (som er nøytrale).


• Rundt kjernen ligger en sky av omløp elektroner med negative kostnader.


• Kjernen er tusenvis av ganger mindre enn hele atomet.


• Selv om elektronene er teensy sammenlignet med protonene og nøytronene, er banene deres store.


• Vanlige stoffer er laget av atomer som stort sett er tomt rom - det virker solid fordi elektronene beveger seg rundt så fort.

Men hva om vi kunne knuse elektronene inn i kjernen og bli kvitt all den plassen?

Stjernen kollapser
Det er så mye materie i den kollapsende stjernen at kjernen ikke ender opp som en hvit dverg. Den kollapser så voldsomt at elektronene til atomenene skyves inn i kjernen. Der reagerer de med protonene for å produsere nøytroner og nøytrinoer. (Neutrino er ekstremt små subatomære partikler uten elektrisk ladning og nesten ingen masse.) Kjernen er nå laget av nøytroner og er utrolig tett. Alt dette skjer på et brøkdel av et sekund - mye kortere tid enn det tar å lese dette avsnittet.

Kjernen blir så tett at den motstår ytterligere kollaps, og saken som faller inn i høy hastighet treffer den og spretter av. Kollisjonen frigjør alle disse nøytrinoene. De fører energien fra kjernekollapsen, og varmer opp alt det infalling materialet i milliarder grader. Alt unntatt nøytronkjernen kastes ut i hastigheter på millioner av kilometer i timen. En sjokkbølge skyver gjennom det ekspanderende rusk, og lettere elementer smeltes sammen til tyngre, inkludert veldig tunge som gull og uran. Dette skjer i løpet av de første femten minuttene.

Vi kaller eksplosjonen a supernova, og den er så kraftig at den en stund er så lys som en hel galakse.

Neutronstjerne
Hvis kjernen i den kollapsede stjernen er mellom 1,5 og 3 ganger solens masse, blir den til nøytronstjerne. Selv om den har mye masse, må du huske at atomene har kollapset, så radiusen er bare ca. 10 km. Likevel vil en teskje full av saken veie milliarder av tonn. Stjernen kan ikke kollapse lenger fordi de tettpakete nøytronene utøver en ytre kraft som heter nøytron degeneracy press.

En raskt roterende nøytronstjerne er en pulsar. Når den snurrer, avgir den pulser av elektromagnetisk stråling. Hver gang det svinger i vår retning, kan det oppdages en puls med radioutslipp. Et millisekund pulsar snurrer så raskt at det bare er et millisekund mellom pulser. Pulsaren i toppbildet er en millisekund pulsar, men unikt avgir gammastråling.

Svarte hull
Hvis kjernen er mer massiv enn omtrent tre ganger solens masse, kan ikke selv degenerasjonstrykket stoppe kollapsen. Resultatet er en svart hull. Det er egentlig ikke et hull i verdensrommet, men tyngdekraften til den sterkt konsentrerte massen vrir verdensrommet. Tyngdekraften er så sterk at hastigheten som trengs for å rømme fra den er større enn lyshastigheten, så selv lys ikke kan slippe unna.Selv om vi ikke kan se sorte hull, kan vi noen ganger oppdage gravitasjonseffekten deres på andre gjenstander.

Supernova-rest
Kjernen i en massiv stjerne ender opp som en nøytronstjerne eller svart hull, men det er også resten av saken, materialet som ble utvist fra stjernen i eksplosjonen. Det ekspanderende skallet av gass og støv, drevet av en sjokkbølge, kalles a supernova-rest. Det er her nukleosyntesen av tunge elementer skjedde, og når den beveger seg, beriker den rommet mellom stjernene med disse tunge elementene. I tillegg kan sjokkbølgen utløse ny stjernedannelse, og de nye stjernene vil dra nytte av de tunge elementene som er igjen.

Video Instruksjoner: High Mass Stars: Crash Course Astronomy #31 (Kan 2024).