Углеро́дная детона́ция — взрывной этап звёздного нуклеосинтеза, приводящий к переходу звёзд типа белый карлик в сверхновую типа Ia. Сопровождается термоядерными реакциями с участием углерода и кислорода в вырожденном ядре звёзд.

Процесс

править

Общим в образовании сверхновых типа Ia является то, что взрывающийся карлик, скорее всего, является по составу углеродно-кислородным. Во взрывной волне нуклеосинтеза, распространяющейся от центра звезды к поверхности, протекают ядерные реакции[1]:

 
 .

После начала реакции существенная часть углерода и кислорода в белом карлике превращается в более тяжёлые элементы всего лишь за несколько секунд[2], повышая внутреннюю температуру до миллиардов кельвинов. Такое выделение энергии ((1—2)×1044 Дж[3]) достаточно для разрыва звезды, при этом отдельные составляющие её частицы газа приобретают кинетическую энергию достаточную для преодоления гравитации звезды и покидают её. Звезда взрывается и в газе образуется ударная волна, в которой вещество движется со скоростью порядка 5000—20000 км/с, что составляет примерно 6 % скорости света.

Энергия, выделяемая при взрыве также вызывает увеличение светимости на много порядков. Типичная наблюдаемая абсолютная звёздная величина сверхновой типа Ia достигает Mv = −19,3 (что приблизительно в 5 миллиардов раз ярче Солнца)[4], интервал изменчивости светимости небольшой.

Механизм возникновения

править

В настоящее время считается[когда?], что углеродная детонация может протекать в случае аккреции вещества на белые карлики массы которых близки к пределу Чандрасекара. При этом температура и давление в ядре звезды поднимаются достаточно высоко для начала термоядерной реакции слияния ядер углерода. Аккреция является одним из механизмов образования сверхновых типа Ia[5].

Углеродная детонация также может протекать, в некоторых случаях, в вырожденных ядрах сверхгигантов с массами в 8—10 солнечных масс. Однако предположение, что углеродная детонация может привести в этом случае к появлению сверхновой типа II[6][7], в настоящее время[когда?] поставлено под сомнение. По некоторым моделям при углеродной детонации в ядрах сверхгигантов возможно быстрое снятие вырождения и продолжение дальнейшей постепенной эволюции звезды[8].

Звёзды главной последовательности находятся в тепловом равновесном состоянии, при котором локальное увеличение температуры (энерговыделения) приводит к расширению газа, что, в свою очередь, уменьшает температуру и звезда возвращается в равновесное состояние.

В белых карликах же давление поддерживается не за счёт теплового давления газа, а квантовым эффектом давления вырожденного электронного газа, не зависящим от температуры. В результате у белых карликов отсутствует механизм отрицательной обратной связи для поддержания равновесного состояния при начале термоядерной реакции, в результате чего она протекает взрывообразно, когда её возникновение ведёт к росту температуры, что, в свою очередь, увеличивает скорость реакции и ещё больше повышает температуру.

См. также

править

Примечания

править
  1. Ишханов Б. C., Капитонов И. М., Тутынь И. А. Нуклеосинтез во Вселенной. — М., 1998. Архивировано 27 декабря 2012 года.
  2. Röpke F. K., Hillebrandt W. The case against the progenitor's carbon-to-oxygen ratio as a source of peak luminosity variations in type Ia supernovae (англ.) // Astronomy and Astrophysics. — EDP Sciences, 2004-06. — Vol. 420, iss. 1. — P. L1–L4. — ISSN 1432-0746 0004-6361, 1432-0746. — doi:10.1051/0004-6361:20040135.
  3. A. Khokhlov, E. Mueller, P. Hoeflich. Light curves of type IA supernova models with different explosion mechanisms (англ.) // A&A. — 1993-03. — Vol. 270. — P. 223—248. — ISSN 0004-6361. Архивировано 22 октября 2020 года.
  4. Wolfgang Hillebrandt, Jens C. Niemeyer. Type Ia Supernova Explosion Models (англ.) // Annual Review of Astronomy and Astrophysics[англ.]. — Annual Reviews, 2000-09. — Vol. 38, iss. 1. — P. 191—230. — ISSN 1545-4282 0066-4146, 1545-4282. — doi:10.1146/annurev.astro.38.1.191. Архивировано 4 марта 2021 года.
  5. Wolfgang Hillebrandt, Jens C. Niemeyer. Type Ia supernova explosion models // Annual Review of Astronomy and Astrophysics Vol. 38: 191—230 (Sep. 2000).
  6. Arnett, W. David. A Possible Model of Supernovae: Detonation of 12C (англ.) // Astrophysics and Space Science[англ.] : journal. — 1969. — Vol. 5. — P. 180—212. Архивировано 2 сентября 2017 года.
  7. Fujimoto, M.Y. et al. Dynamical instability of the envelope of red supergiants and the lower mass limit for carbon detonation supernovae Архивная копия от 30 августа 2017 на Wayback Machine // Astrophysics and Space Science, vol. 45, Nov. 1976, p. 71—77.
  8. Батурин В. А., Миронова И. В. Звезды: их строение, жизнь и смерть.

Ссылки

править