Perché la materia rimane collassata nel nucleo, a seguito di un'esplosione di una supernova?

A seguito di un'esplosione di una supernova, una stella può trasformarsi in una nana bianca, una stella di neutroni, un buco nero o semplicemente una polvere stellare e avanzi di gas.

Escludendo quest'ultimo caso, perché e in che modo la materia principale della stella rimane collassata, dopo un tale evento in cui la materia viene esplosa e dispersa nello spazio?

Per "far saltare in aria qualcosa" devi liberare più energia della sua energia legante e avere un modo di intrappolare quell'energia in modo che non possa sfuggire in un altro modo.

Al centro del crollo di una supernova c'è un raggio di 10 km, una sfera di $1.4 M_{\odot}$ di (quasi) neutroni. La sua energia di legame gravitazionale è $\sim GM^2/R = 5\times 10^{46}$ J.

Questo è quasi esattamente quanta energia viene rilasciata dal collasso del nucleo da una dimensione molto più grande (cioè l'energia della supernova è inizialmente gravitazionale) e poiché parte di quell'energia va a dissociare i nuclei di ferro e a produrre neutroni (entrambi endotermici processi) e la maggior parte del resto sfugge sotto forma di neutrini, quindi non ci può essere abbastanza energia per sciogliere il nucleo. Solo una piccola frazione (1%) di questa energia viene trasferita nell'involucro della stella originale, che dal momento che ha un raggio molto più grande (di almeno 5 ordini di grandezza), è sufficiente per superare la sua energia di legame gravitazionale e farla esplodere nello spazio.

Il caso di una supernova di tipo Ia (una nana bianca che esplode) è piuttosto diverso. Qui la fonte di energia non è il collasso gravitazionale, ma da una detonazione termonucleare di tutto il carbonio e l'ossigeno che compongono la nana bianca, per formare elementi di picco di ferro. Questo processo esotermico rilascia rapidamente energia sufficiente per sciogliere la stella originale (ad es. Vedi qui ) e viene completamente distrutta.

Ciò che manca dalle spiegazioni di cui sopra è ciò che sta realmente accadendo che provoca qualsiasi tipo di esplosione.

Ho intenzione di rubare da xkcd per aiutare con questo:

https://what-if.xkcd.com/73/

Ed ecco un articolo del Max Planck Institute che parla in profondità della natura dell'aspetto del neutrino:

https://www.mpg.de/11368641/neutrinos-supernovae

Alla fine, quando la stella è nei suoi momenti di morte, inizia a emettere neutrini. Molti neutrini ... con molta energia. Ora, sono sicuro che stai pensando "cosa farebbe ... non pesano molto di niente". Ma questo è letteralmente come essere sepolto in uno stadio di calcio con le formiche ... ci sono così tanti neutrini che imballano così tanta energia che fanno letteralmente espellere la materia esterna della stella con energia abbastanza grande da portarla via dalla gravità bene della questione rimanente.

Ah ... ma come rimane qualche questione? Poiché vicino al centro, il pozzo gravitazionale è il più profondo, e anche vicino al centro qualsiasi particella (nucleo / neutrone) viene bombardata quasi allo stesso modo in tutti i sensi dai neutrini ... quindi il momento totale si annulla effettivamente a zero. Parte della questione viene spostata un po '... ma ricade nel pozzo gravitazionale molto profondo.

Sono sicuro che sarebbe uno spettacolo da vedere ... per quel breve momento prima che tu fossi vaporizzato dai neutrini (e da tutte le altre energie) almeno.

Ho trovato la risposta sul sito della NASA

Il crollo avviene così rapidamente che crea enormi onde d'urto che fanno esplodere la parte esterna della stella!

Ciò significa che il nucleo sopravvive in qualche modo all'esplosione

Dopo un'esplosione di una supernova, l'evento potrebbe lasciare un oggetto compatto come una stella di neutroni o un buco nero. L'oggetto può ancora accumulare materiali come l'accrescimento o la stella compagna. Se l'oggetto è una stella di neutroni, potrebbe ulteriormente collassare in un buco nero.

Si noti che le massicce stelle nella gamma di massa solare 50-150 possono esplodere in una supernova non lasciano alcun nucleo, a causa di una cosa chiamata "instabilità di coppia".

In una stella, ci sono due forze opposte che di solito si bilanciano a vicenda La gravità è una forza che induce il collasso, mentre la pressione delle radiazioni dalle reazioni di fusione all'interno resiste alla tendenza al collasso. Le piccole stelle simili al sole, quando avranno esaurito la maggior parte del loro combustibile a idrogeno, inizieranno a "bruciare" elio e diventeranno giganti rosse. Quando l'elio si esaurisce, si gonfiano dagli strati esterni in una nova e collassano per formare una nana bianca delle dimensioni della Terra. Queste nane bianche sono incredibilmente dense e pesanti, perché la maggior parte della massa della stella originale è stata compressa in un volume relativamente piccolo. Un ulteriore collasso è resistito da una forza chiamata pressione di degenerazione elettronica.

Le stelle molto più grandi del sole continueranno a fondere elementi oltre l'elio, costruendo strati di elementi successivamente più pesanti fino a raggiungere il ferro. La fusione di elementi oltre il ferro richiede un apporto di energia piuttosto che la produzione di qualsiasi, e gli incendi nucleari si spengono, quindi privati ​​del supporto della pressione delle radiazioni, gli strati esterni della stella collassano, producendo un'esplosione di supernova. La pressione della degenerazione elettronica non è sufficiente per prevenire un collasso più drastico di quello che si verifica con stelle molto più piccole. Secondo la massa della stella che collassa, ciò comporterà la formazione di una stella di neutroni, che è come un gigantesco nucleo atomico di incredibile densità di circa 6 miglia di diametro ma contenente una massa equivalente a molti dei nostri soli, o collasserà ulteriormente per formare una singolarità del buco nero in cui la materia entra in uno stato non completamente compreso dalla scienza. Il nostro sole, a proposito, ha un diametro di 860.000 miglia ..