Död av en massiv stjärna

• Maj 1, 2024

Massiva stjärnor föds på samma sätt som mindre stjärnor som solen. Gravity gör att ett moln av gas kollapsar tills det är tillräckligt tätt och varmt nog för att starta väteförbränning. Det här är kärnfusion av väteatomer för att skapa heliumatomer. Energin utifrån från kärnreaktionerna balanserar gravitationen. En stjärna som solen kommer inte att få slut på bränsle i miljarder år, men en massiv stjärna brinner ljust och kommer igenom sitt bränsle på en bråkdel av tiden.

Stellär nukleosyntes
När en stjärna tar slut med vätebränsle, dras kärnan ihop. Det producerar värme, kanske nog för att starta heliumförbränning. Detta händer i solliknande stjärnor, såväl som stjärnor som är mer massiva än solen. Även om kärnan tränger samman expanderar de yttre skikten. Solliknande stjärnor sväller in röda jättar och massiva stjärnor in röda supergiganter.

Men när heliumet används är fusionen över för stjärnor vars massa är 0,5 till 8 gånger solens massa. Eftersom utan fusion finns det ingen utåtriktad kraft för att begränsa tyngdkraften, kollapsar stjärnan i en vit dvärg.

Och stjärnor med hög massa - vad händer med dem? Eftersom de är mer massiva, brinner de varmare. Heliumfusion producerar kol och syre, och en massiv stjärna kan sedan smälta dessa tyngre atomer för att producera ännu tyngre. De kan gå igenom flera sådana cykler tills stjärnan smälter kisel till järn och hamnar med en järnkärna. Processen att smälta lättare element till tyngre är känd som stellär nukleosyntes.

När stjärnan har en järnkärna är det slutet. Du kan inte smälta järn för att frigöra energi. Gravity vinner äntligen. Med inget att stoppa det kollapsar stjärnan på ett mest spektakulärt sätt.

Lite om atomer
Innan vi fortsätter berättelsen måste vi notera några fakta om atomer.

• En atom har en kärna gjord av protoner (med en positiv laddning) och neutroner (som är neutrala).


• Runt kärnan finns ett moln av kretslopp elektroner med negativa avgifter.


• Kärnan är tusentals gånger mindre än hela atomen.


• Även om elektronerna är teensiga jämfört med protonerna och neutronerna, är deras banor stora.


• Vanliga ämnen är gjorda av atomer som för det mesta är tomma utrymme - det verkar fast eftersom elektronerna rör sig så snabbt.

Men tänk om vi kunde klämma in elektronerna i kärnan och bli av med allt det utrymmet?

Stjärnan kollapsar
Det finns så mycket materia i den kollapsande stjärnan att kärnan inte hamnar som en vit dvärg. Det kollapsar så våldsamt att elektronerna i dess atomer pressas in i kärnan. Där reagerar de med protonerna för att producera neutroner och neutriner. (Neutrino är extremt små subatomära partiklar utan elektrisk laddning och nästan ingen massa.) Kärnan är nu tillverkad av neutroner och är otroligt tät. Allt händer på en bråkdel av en sekund - mycket kortare tid än det tar att läsa detta stycke.

Kärnan blir så tät att den motstår varje ytterligare kollaps, och saken som faller in i hög hastighet träffar den och studsar. Kollisionen släpper alla neutrinoerna. De tar bort energin från kärnans kollaps och värmer upp allt det infallande materialet till miljarder grader. Allt utom neutronkärnan kastas ut med hastigheter på miljoner kilometer i timmen. En chockvåg skjuter genom det expanderande skräpet, och lättare element smälts in i tyngre sådana, inklusive mycket tunga som guld och uran. Detta händer under de första femton minuterna.

Vi kallar explosionen a supern, och det är så kraftfullt att det under en tid är ljust som en hel galax.

Neutronstjärna
Om kärnan i den kollapsade stjärnan är mellan 1,5 och 3 gånger solens massa, blir den en neutronstjärna. Även om den har mycket massa, kom ihåg att dess atomer har kollapsat, så dess radie är bara cirka 10 km (6 mi). Ändå skulle en tesked av sin fråga väga miljarder ton. Stjärnan kan inte kollapsa längre eftersom de tätt packade neutronerna utövar en utåtriktad kraft neutrondegenerationstryck.

En snabbt roterande neutronstjärna är en pulsar. När den snurrar sänder den ut pulser av elektromagnetisk strålning. Varje gång det svänger i vår riktning, kan en puls med radioemission upptäckas. Ett millisekund pulsar snurrar så snabbt att det bara finns ett millisekund mellan pulser. Pulsaren i huvudbilden är en millisekund pulsar, men unik avger den gammastrålning.

Svarta hål
Om kärnan är mer massiv än ungefär tre gånger solens massa, kan till och med degenerationstrycket inte stoppa kollapsen. Resultatet är en svart hål. Det är egentligen inte ett hål i rymden, men allvarligheten i det mycket koncentrerade massan vrider rymden. Dess tyngdkraft är så stark att hastigheten som behövs för att fly från den är större än ljushastigheten, så att även ljus inte kan undkomma.Även om vi inte kan se svarta hål, kan vi ibland upptäcka deras gravitationseffekter på andra föremål.

Supernova-rest
Kärnan i en massiv stjärna hamnar som en neutronstjärna eller svart hål, men det finns också resten av saken, materialet som utvisas från stjärnan i explosionen. Det expanderande skalet med gas och damm, drivet av en chockvåg, kallas a supernova rest. Det är där nukleosyntesen av tunga element inträffade, och när den reser berikar den utrymmet mellan stjärnorna med dessa tunga element. Dessutom kan chockvågen utlösa ny stjärnbildning, och de nya stjärnorna kommer att dra nytta av de tunga elementen som finns kvar.

Video Instruktioner: Carrie Fisher är död (Maj 2024).