По современным представлениям в звездах главной последовательности с массой больше 10 M термоядерные реакции проходят в невырожденных условиях вплоть до образования самых устойчивых элементов железного пика. Масса эволюционирующего ядра слабо зависит от полной массы звезды и составляет 2–2,5 M.
В настоящее время известны два основных фактора, приводящие к потере устойчивости и коллапсу:
при температурах 5–10 миллиардов градусов начинается фотодиссоциация ядер железа – «развал» ядер железа на 13 альфа-частиц с поглощением фотонов:
56Fe + ? > 134He + 4n,
при более высоких температурах – диссоциация гелия4He > 2n + 2p
и нейтронизация вещества (захват электронов протонами с образованием нейтронов).
Модель 6.7.
Реакции в горячих звездах
Сброс оболочки звезды объясняют взаимодействием нейтрино с веществом. Распад ядер требует значительных затрат энергии, т.к. представляет собой как бы всю цепочку термоядерных реакций синтеза водорода в железо, но идущую в обратном порядке, не с выделением, а с поглощением энергии. Вещество теряет упругость, ядро сжимается, температура возрастает, но все же не так быстро, чтобы приостановить сжатие. Большая часть выделяемой при сжатии энергии уносится нейтрино. Таким образом, в результате нейтронизации вещества и диссоциации ядер происходит как бы взрыв звезды внутрь – имплозия. Вещество центральной области звезды падает к центру со скоростью свободного падения. Образующаяся при этом гидродинамическая волна разрежения втягивает последовательно в режим падения все более удаленные от центра слои звезды.
Начавшийся коллапс может остановиться упругостью вещества, достигшего ядерной плотности (ρ = 2,8•1014 г/см3) и состоящего в основном из вырожденных нейтронов (нейтронная жидкость). При этом образуется нейтронная звезда. Оболочка звезды приобретает огромный импульс (скорее всего, передающийся нейтрино) и сбрасывается в межзвездное пространство со скоростью 10 000 км/с. Такие остатки вспышек сверхновых при расширении взаимодействуют с межзвездной средой и заметно светятся. В некоторых типах остатков (т.н. плерионы) основная энергия в оболочку поступает в виде релятивистских частиц, рожденных быстровращающейся нейтронной звездой с сильным магнитным полем – пульсаром.
При коллапсе ядер самых массивных звезд с массой более 40 масс Солнца имплозия ядра, по-видимому, приводит к образованию черной дыры.
1
Рисунок 6.5.2.1.
Области термоядерного синтеза в массивной звезде
В таблице приведены этапы эволюции звезды массой 25 M:
Стадия
Температура в центре, K
Плотность в центре, кг/м3
Продолжительность
Горение водорода
4•107
5•103
7•106 лет
Горение гелия
2•108
7•105
5•105 лет
Горение углерода
6•108
2•108
600 лет
Горение неона
1,2•109
4•109
1 год
Горение кислорода
1,5•109
1010
6 месяцев
Горение кремния
2,7•109
3•1010
1 день
Коллапс ядра
5,4•109
3•1012
0,2 секунды
Взрыв ядра
2,3•1010
4•1017
Миллисекунды
Расширение
Около 109
Меняется
10 секунд
Таблица 6.5.2.1
Вспышки сверхновых типа Iа, по-видимому, вызваны коллапсом белого карлика входящего в состав двойной звездной системы, при достижении им массы, близкой к пределу Чандрасекара, в процессе перетекания вещества с расширившейся в ходе эволюции соседней звезды. Причина потери устойчивости белого карлика – нейтронизация и эффекты общей теории относительности.