Anonymous

Difference between revisions of "Bloc 4. Evolució estel·lar"

From Potatopedia

Bloc 4. Evolució estel·lar (view source)

Revision as of 15:53, 28 October 2021

7,886 bytes added ,  15:53, 28 October 2021
Fi de la classe
(Arreglades fórmules)
(Fi de la classe)
 
Line 254: Line 254:


== Tema 4.9. Explosions estel·lars i romanents d'estels massius ==
== Tema 4.9. Explosions estel·lars i romanents d'estels massius ==
IMPORTANT: Galàxia 10e11 lluminositats solars (ens ho ha preguntat com 3 cops i segur entra a l'examen).
Supernoves: explosions estel·lars. Lluminositats de fins a $10e10 L_\odot$.
Des de la Terra: 9 supernoves visibles a ull nu en els darrers 2000anys. A la via làctia es dona una supernova cada aprox. 100 anys, i en veiem una cada 300 anys.
=== Tipus de supernoves ===
Històricament: si tenia H es deia de tipus I i si no de tipus II.
* '''Tipus Ia''': no tenen línies d'emissió d'H. Fortes línies d'emissió de Si II, i de Fe i C al cap d'uns mesos des del pic.
** Causades per explosions termonuclears de nanes blanques de CO que superen la massa de Chandrasekhar i per tant han de col·lapsar.
** Superen la massa per l'acreció de massa d'un estel company.
** Representen un 25-30% de les SN detectades i són, de promig, les més lluminoses.
** Utilitzades per estudis cosmològics: s'utilitzen com a "fars". Corriment al roig: expansió de l'univers!
* '''Tipus II''': espectre dominat per línies d'H. Amb línies de Ca, O i Mg presents.
** Es donen als braços espirals de les galàxies amb formació estel·lar: explosions ("core collapse") d'estels massius, majoritàriament RSG's amb masses entre 8 i 16 masses solars.
** Són les més comunes (aprox. 50% de les detectades).
Les tipus II es poden classificar segons les seves corbes de llum:
TODO: Inserir diagrama de la corba de llum segons el temps.
* Tipus II-P: amb plateau state: L constant durant 2-3 mesos i decaiment exponencial al final.
* Tipus II-L: sense plateau state.
* Tipus IIb: espectres que canvien del tipus II al tipus Ib.
* Tipus IIn: línies emissió estretes produïdes per forts vents estel·lars abans de l'explosió.
* Tipus Ib i Ic: sense línies d'H, amb línies d'O, Ca i Mg.
** Se'ls diu "hipernoves".
TODO: Completar
=== Corbes de llum de les SN ===
* L'energia cinètica típica del material expulsat de la SN és de $K \sim 10^{51} \text{ erg}$.
* Mecanisme que convrteix l'1% de l'energia total alliberada ($10^{53} \text{ erg}$) en energia cinètica són incerts.
** S'asumeix que les SN actuen com un pistó, que injecta una quantitat d'energia a la base de l'embolcall.
TODO: Completar
=== "Core collapse" i explosió d'estels massius ===
Excepte les de tipus Ia, tota la resta estan associades al col·lapse d'un nucli d'estel massiu (per sobre de 8 masses solars).
* Tipus II: rodejades d'embolcalls rics en H.
* Tipus Ib: no tenen aquest embolcall.
* Tipus Ic: no el tenen i a més han perdut les capes d'He.
=== Col·lapse del nucli de Fe ===
Estels massius al final del cicle: nucli de ferro. No es pot extreure més energia. Durant les supernoves, és important les pèrdues per emissió de neutrins, que també acceleren la seva contracció.
Altes T i densitats fan que els electrons siguin relativistes i degenerats.
Al gas d'electrons relativistes domina la pressió ($\gamma_{ad} = 4/3$). El nucli de Fe es troba en un equilibri inestable. Alguns processos encara agreugen més la situació:
==== Captures electròniques ====
Densitats elevades: es dona inverse beta-decay (protó + electró --> neutró + neutrí). S'incrementa la ràtio (n/p) (neutronització), disminueix pressió dels elecrons i s'emet un neutrí que pot escapar. Això accelera el col·lapse del nucli.
Si el nucli de Fe està parcialment degenerat: $M_{Ch} = 5.83 \mu_e^{-2} M_\odot \approx 1.26 M_\odot$. Captura electrònica fa que el pes molecular mig s'incrementi, és a dir, que la massa de Chandrasekhar disminueixi, és a dir, facilita el col·lapse.
==== Foto-desintegració ====
T > 10e10 K: fotons tenen prou energia per trencar els nuclis de Fe donant partícules alfa i neutrons.
Això disminueix $\gamma_{ad}$ per sota del valor d'equilibri. El nucli esdevé inestable.
Foto-desintegració del 56-Fe requereix una energia de 2 MeV per nucleó. Absorbida del camp de radiació present al nucli i per tant de l'energia interna del gas. Per tant la pressió cau, empenyent el nucli a un col·lapse gairebé en caiguda lliure.
Col·lapse del nucli molt ràpid, prenent només 10 msec, donat el curt $\tau_{dyn}$.
TODO: Completar
Quan el gas està degenerat: la força nuclear forta té un pic a distàncies moolt curtes. Això fa que actui com una molla, i genera ona expansiva.
=== Energia alliberada durant el col·lapse del nucli ===
TODO: Completar
=== Mecanismes d'explosió de SN ===
* Quant el nucli arriba a $\rho \sim 3 \times 10^{14} \text{ gr/cm}^3$ els neutrons degeneren, incrementant de cop la pressió.
* Força nuclear forta entre nucleons esdevé important.
* L'efecte combinat fa que el col·lapse no només s'aturi, sinó que es reverteixi ("core bounce").
* En reduir la velocitat del material, en les parts més internes del nucli, aquest es troba de front la resta del material del nucli que col·lapsa. Això pot arribar a destruir l'estel, a través d'una ona de xoc que es propaga paulatinament cap a regions que són menys denses (cada cop amb més intensitat quanta menys densitat).
** En propagació de l'ona: es donen captures electròniques.
** Neutrins degenerats poden emportar-se fins un 90% de l'energia del col·lapse.
** L'ona de xoc s'esvaeix abans d'arribar a l'embolcall, per tant, aquest mecanisme no pot explicar l'explosió de les SN.
=== Efectes dels neutrins ===
Durant el col·lapse: captures electròniques que generen neutrins. Energia típica d'aquests neutrins és de l'energia de Fermi dels electrons relativistes.
TODO: Completar
Recorreguts migs molt petits, una mica més petit que l'ordre del radi de l'estel (o és només del centre?).
Congestió de neutrins al nucli: fa que els neutrins esdevingui degenerats (són fermions!). Si degeneren: captura electrònica més difícil. L'energia dipositada pels neutrins pot per tant reactivar l'ona de xoc (la que s'ha parat abans).
Els neutrins que s'escapen: escalfen l'embolcall si interactuen. Per tant, l'embolcall es pot expandir: es converteix en convectiu i inestable. Sim. numèriques mostren que els l'ona de xoc reviscuda junt amb efectes convectius i conversió a energia cinètica poden efectivament fer explotar l'estel.
Resum: mecanismes físics de les explosions de SN de tipus "core collapse" no estan gens clar. S'està investigant intensament, és complexe.
Altes procesos: generació d'ones acústiques + explosió anisotròpica (nucli acreta en certes direccions i expulsa en altres). Podríen explicar les altíssimes velocitats pròpies observades a molts dels púlsars.
=== Supernova de tipus Ia ===
Relacionades amb explosions termonuclears en una nana blanca de CO. La fusió del C pot donar-se a temperatures baixes si la densitat és poc alta (reaccions pyco-nuclear). Aquesta densitat es pot donar prop de la massa de Chandrasekhar.
Gas altament degenerat, així que la crema és inestable. És un procés semblant al "Helium flash". Genera una ona explosiva de fusions que es propaga del centre cap enfora.
TODO: Completar
L'estel explota sense deixar remanent.
Aquesta crema dona elements del grup del Fe com el 56-Ni. El decaïment radiactiu del 56-Ni dona lloc a la corba de llum de les SN de tipus Ia. 50 dies després del pic el 56-Co decau en 56-Fe (decaïment exponencial).
=== SN Ia en sistemes binaris ===
TODO: Completar
=== Masses finals i romanents ===
Metal·licitat és important per determinar el tipus de supernova. Existeix una relació entre massa inicial i la romanent final depenent en la metal·licitat.
Masses grans: massa de l'estel abans de la SN es determina mitjançant la pèrdua de massa durant fases evolutives anteriors.
TODO: Completar
20-25 masses solars: delimitació entre estels de neutrons (per sota) i forats negres (per sobre).
TODO: Completar
Paper Heger et al. (2003) al campus: és interessant. Molt recomanat llegir.
Carroll & Ostlie està bastant bé per més info.


[[Category:Astrofísica i cosmologia]]
[[Category:Astrofísica i cosmologia]]
Retrieved from "https://potatopedia.avm99963.com/wiki/Special:MobileDiff/2917"