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宇宙的边缘世界 请假条

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    这几天都在出差,所以今天来不及更新,向大家请假,请体谅。【愛↑去△小↓說△網W wW.Ai Qu Xs.coM】

    以下为拓展资料,感兴趣的书友可以选读。

    《关于超新星爆炸的描述》

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    超新星(supernova,SN)爆炸有多恐怖,看它的绝对星等。越小,光度(电磁能量释放功率)越高。

    简要说一下分类,根据光谱特征,常分为type I(无氢吸收线),type II(有氢吸收线)两大类。Ia SN(有硅吸收线),峰值绝对星等超过-19等。Ib SN(无硅吸收线,有氦吸收线)和Ic SN(无氦、硅吸收线),峰值绝对星等达-18等。绝对星等差1,光度差2.512倍。太阳的绝对星等为4.86等,如果把Ia SN放在太阳的位置,那么它最亮时候是太阳的2.512^{25}=8.9\times 10^{9}倍,89亿个太阳!type II SN光度普遍小一等,峰值绝对星等在-16到-17等之间,相当于十几亿个太阳!

    理论上,超新星爆炸没有这么多分类,根据爆发类型,仅有热核爆炸、核坍缩。

    【A:热核爆炸(thermonuclear runaway),C-O简并核白矮星的爆炸。】

    单简并模型,白矮星+恒星。白矮星吸积(通过洛希瓣流、公共包层的方式)伴星的物质,最终质量达到钱德拉塞卡极限(约1.4倍太阳质量,若考虑白矮星自转、磁场的因素,最高可达2.8倍太阳质量),于是引力超过电子简并压,引起星体坍缩。坍缩过程,一半的引力能释放,一半的转化为热能,导致星体温度急速升高。当某区域温度达到碳、氧聚变温度(约8亿K),点火(指聚变反应),引发失控的热核反应。原因是正反馈:简并核的传热性非常好,局部热量可迅速传导整个星体,所以星体是等温的。聚变反应敏感地依赖温度(幂率),温度升高,反应率幂率地增大,导致温度进一步升高。接着,极高的温度带来极高的热压力,产生超声速传播燃烧的火焰(flame),所到之处简并解除(其实,过程非常复杂,如点火位置),短时间内聚变释放的能量超过了引力束缚能,后果就是星体急速膨胀,最终形成行星状星云,没有遗留物。

    双简并模型,白矮星+白矮星。具体可以是CO白矮星+He白矮星,CO白矮星+CO白矮星等诸多可能(依赖初始质量、吸积率、星风等)。白矮星因引力辐射带走轨道角动量最终并合爆炸;或者距离过近,质量大的吸积质量小的,并合前质量大的白矮星达到钱德拉塞卡极限而爆炸。

    在热核爆炸模型,超新星释放能量仅取决于前身星的质量。可想而知,双简并模型能量肯定高于单简并模型。事实上,人们观测到某些Ia SN光度不止-19等,竟然达到-21等!可能是双简并模型的证据。

    【B:核坍缩(core collapse,CCSN)】

    是大质量恒星演化晚期的爆炸。人们一共提出四种类型,铁核坍缩,电子俘获,配对不稳定,光致解离。

    1、铁核坍缩,早期的超新星模型。大质量恒星核合成至铁元素,形成洋葱结构。中心是铁核,再外依次是硅壳层、镁壳层、氧壳层、碳壳层、氦壳层、氢壳层、氢包层。这个模型认为,Ib SN是无氢壳层、氢包层的大质量恒星爆发,Ic SN是无氦壳层的大质量恒星爆发。硅壳层持续燃烧,导致铁核质量持续增大(硅聚变并不是合成铁,但需要硅才能合成铁,铁是中子链合成的),形成简并铁核。爆发则是铁核质量超过钱德拉塞卡极限,铁核坍缩,引力能释放,铁原子核解离成氦,氦俘获电子,开启中子化过程,释放大量的中微子,带走了约99%的引力能,核心形成半径约10km的前身中子星,这些过程的时间只有几秒!外层来不及反应。核心形成铁核,光度下降,外层热压力减小,引发外层坍缩。

    当坍缩的外层物质下降遇到前身中子星时,发生什么?人们普遍认为,产生反弹的超音速激波!激波向外冲击,带走了外层物质(直接爆发机制),解释了光度曲线急剧上升。然而问题没这么简单,90年代,数值模拟发现激波最终停下来了,炸不开外层物质。大牛们开玩笑,中微子没准可以复活激波啊。额,随后考虑中微子流与激波层作用,没想到真可以讲很小部分的能量传给激波,激波复活了(延时爆发机制)。

    2、电子俘获,发生在O-Mg核大质量恒星(8-11倍太阳质量),只是将铁核替换为氧镁核。简并核的氧、鎂原子核在致密的情况下(密度约10^9g/cm^3)俘获电子,使电子简并压迅速减小,于是核心坍缩。

    以上是一类爆发机制,简并核心,不论白矮星(可视为裸露的简并的恒星核心),还是铁核、氧镁核。另一类爆发机制,并不是简并核心。而是由于某些原因,核心的热压力下降,发生引力坍缩。

    3、配对不稳定,发生在100倍(上限约140)太阳质量的大质量恒星。这类恒星,当核心温度数十亿开尔文,高能光子对湮灭成电子对。热压力迅速下降,引起坍缩,坍缩释放的引力能提高了光子能量,保持光子对持续湮灭。眼熟不,正反馈!另一个问题,核心是什么构成的?哈哈,肯定不是铁了!可能是巨大的氧核,甚至氦核。由于这类核仍能聚变,坍缩的后果导致核心温度迅速升高,反应率以幂率变大,导致一起类似Ia SN的爆发。星体完全爆炸,从核心到外层被炸飞了,不会形成中子星或黑洞。

    4、光致解离,发生在200倍太阳质量或更大的大质量星,核心温度高到光子能击碎原子核的程度(100亿K)。原子核吸收光子后,碎裂自由的质子、中子(合称核子)。此时核心就是一锅质子中子汤,几乎重现了宇宙大爆炸后1s的情形。当核心全部核子化后,坍缩停止。然而随着能量逃逸,温度下降,热压力下降,坍缩重新开始,导致质子、中子简并,此时核心质量超过了中子星质量上限,坍缩得以继续,最终形成黑洞。外溢的能量以高能光子的形式冲击外层,是否引起爆发不能确定,也有可能是伽马暴:原因是黑洞形成后急速吸积核心附近的物质,数十秒内吸积一个太阳质量的物质!部分被吸积的物质运动到黑洞的自转轴附近产生相对论性喷流(jet)。

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    以上是内部机,如果想要形象地了解超新星爆发的能量级别,我们可以简单地做一个类比。

    举个例子,英仙座超新星爆炸,释放出的能量大约是6.0*10^37J能量。而最强大的极超新星爆炸释放出的中微子能量可以达到1*10^48J。一次超新星爆炸中的伽马射线暴,能量级可以达到1*10^45J。

    好吧,必须感谢科学记数法,不然40多个零真的难数。

    那么是什么概念呢?

    我们的太阳,100亿年的生涯,总共可以释放出1.3*10^44J。

    而太阳一秒的能量,按照现在人类每年使用能量5*10^20J来算,可以使用大约80万年。手机用户请浏览m.aiquxs.com阅读,更优质的阅读体验。
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