ipernova

astrofisica
Supernova
a instabilità di coppia
Ipotesi meccanismo
attivato
Ipotesi classiche e destino evolutivo delle stelle
Massa simile a quella solare:
contrazione, fase fusione idrogeno in elio
gigante rossa, vento stellare, nebulosa
planetaria (nana bianca) , nana nera
Massa 10-20 volte quella solare:
contrazioni ed espansioni, fasi con fusione idrogeno,
elio, carbonio, neon , ossigeno, silicio, ferro:esplosione
di supernova, stella a neutroni, buco nero
Massa 100, 200, 300.. Masse solari ?
Contrazioni ed espansioni, fasi con fusione idrogeno,
elio, carbonio, neon, ossigeno:
instabilità di coppia antiparticelle:fusione rapidissima
di ossigeno con sintesi di nichel 56, radioattivo,ferro:
esplosione di ipernova , nube in espansione, dispersione
elementi sintetizzati
Una stella con massa ridotta (solare) mediante
contrazione gravitazionale può aumentare la
temperatura (10.000.000 gradi K) nel nucleo e
e la densità e così
innescare la parziale fusione di idrogeno in elio:
l’energia liberata produce la espansione del
gas (gigante rossa) e la contrazione del nucleo
senza più raggiungere temperature limite per
innescare altre fusioni( elio > carbonio)
In una stella con massa di circa 20-30 masse solari si possono
verificare in successione varie fasi di contrazione
(con aumento di temperatura e densità a livello centrale)
e conseguente fusione ( e sintesi) di elio, carbonio,neon,
ossigeno, silicio, ferro: alla temperatura limite per la
fusione di ossigeno in ferro avviene la esplosione della
supernova (liberazione di elementi nello spazio, contrazione
della parte centrale in stella neutronica > buco nero)
In una stella con massa di circa 100-200 masse solari si
possono verificare in successione varie fasi di contrazione
(con aumento di temperatura e densità a livello centrale)
e conseguente fusione ( e sintesi) di elio, carbonio,neon,
ossigeno:al limite di temperatura per trasformare ossigeno
in silicio, compaiono antiparticelle generate dalla
collisione di fotoni gamma, che permettono un aumento
di temperatura per collasso senza aumento di densità:
avviene una esplosiva fusione di ossigeno in nichel 56
e ferro:l’energia generata innesca la esplosione della
stella:genera nube in espansione senza residuo stellare
Ad elevate temperature , nuclei ed elettroni possono
emettere fotoni tipo gamma
fotoni in collisione possono trasformare la loro energia
in massa di elettrone e positrone
la pressione dovuta alle antiparticelle risulta molto
inferiore a quella dei fotoni originanti
Il collasso gravitazionale contrastato dalla
pressione di radiazione non viene più ostacolato
dalla diminuita pressione delle antiparticelle e
può avvenire molto rapidamente (pochi minuti)
aumentando la densità che favorisce la fusione
dell’ossigeno (in modo rapido, esplosivo) liberando
energia superiore a quella totale gravitazionale:
esplosione con distruzione completa della stella
e formazione di una nube in rapida espansione
contenente gli elementi sintetizzati
Si ipotizza che tale situazione di realizzi per
la comparsa di un meccanismo che genera
particelle e antiparticelle per trasformazione di fotoni in
collisione
Supernova a instabilità di coppia
In stelle con masse molto superiori a quelle solari
(100-200.300..) è possibile che avvenga una contrazione
con aumento di temperatura senza che segua anche
un aumento di densità (che avrebbe come conseguenza
la fusione di ossigeno in silicio > ferro > esplosione
di supernova con residuo in stella neutronica > buco nero
Nuclei, elettroni , con elevata energia
emettono radiazione con fotoni gamma
Fotoni in collisione generano
antiparticelle (elettroni,positroni)
Pressione fotonica contrasta collasso: Ossigeno > Silicio>ferro
Pressione antiparticelle:collasso e instabilità centrale
Buco nero
Nube in espansione
Sole e stelle con massa simile
La massa limitata permette una contrazione
e aumento centrale di temperatura sufficiente
solo per la fusione di idrogeno in elio
La stella diventerà una gigante rossa >
perderà molta massa con vento solare>
> nebulosa planetaria (con nana bianca) >
> nana nera
Evoluzione stella con massa simile a quella solare
Evoluzione stella con massa simile a quella solare
La massa limitata permette una contrazione
e aumento centrale di temperatura sufficiente
solo per la fusione di idrogeno in elio
La stella diventerà una gigante rossa >vento solare>
nebulosa planetaria (con nana bianca) >
> nana nera
Evoluzione stellare per masse simil
a quella solare
Stella rossa
stella
protostella
Gigante rossa
Nebulosa in fase di contrazione
Nebulosa planetaria
Nana bianca
Nana nera
Nebulosa gassosa
Inizio fusione nucleare
Proseguendo la contrazione anche la
temperatura e la luminosità aumentano:
quando al centro della stella si raggiunge
una temperatura di circa 10 milioni di gradi
inizia la fusione che trasforma idrogeno
in elio liberando energia:la stella mantiene
un raggio più o meno costante:entra nella
sequenza principale ove rimane per la
maggior parte della sua esistenza
La stella rossa diventa un gigante
rossa:
questa , in funzione della massa
residua,
si trasforma in una nebulosa
planetaria,
con nana bianca al centro, che può
continuare a perdere energia e
diventare
una nana nera e scomparire
Evoluzione da gigante rossa a nana bianca - nera
Se la massa residua della stella è poco maggiore di quella del sole, la stella
rossa gigante perde molta della sua massa e diventa una nana bianca
circondata da un alone di materia (nebulosa planetaria):
la nana bianca potrà trasformarsi in una nana nera
Stelle con massa 10-20 volte quella solare
La gigante rossa può invece, se
possiede
una grande massa, diventare una
supergigante rossa e poi
trasformarsi in
una supernova che esplodendo può
trasformarsi in una stella a neutroni
o in
un buco nero
Se la massa della gigante rossa è molto grande, riprende un ciclo di
espansione e contrazione : gigante rossa
riprende la sintesi si elementi chimici
La supergigante si trasforma in supernova:
continua sintesi di elementi chimici:
questa esplode originando
una stella neutronica o un buco nero
Evoluzione di una stella con massa circa 20 masse solari
idrogeno
silicio
elio
ossigeno
carbonio
neon
Vengono sintetizzati vari elementi da H a Fe: poi
avviene una esplosione e residua
una stella a neutroni..buco nero
ferro
supernova
Stella a neutroni
Buco nero
idrogeno
elio
carbonio
neon
ossigeno
silicio
ferro
Evoluzione di una stella con massa circa 20 masse solari
Vengono sintetizzati vari elementi da H a Fe: poi
avviene una esplosione e residua una
stella a neutroni..buco nero
Evoluzione stellare:per masse
maggiori di 2-3 masse solari
Stella rossa
stella
protostella
Gigante rossa
Nebulosa in fase di contrazione
Supergigante rossa
Stella neutronica
Buco nero
Nebulosa gassosa
supernova
Evoluzione di stelle con massa di circa 100-250 masse solari
La grande massa permette un diverso comportamento
quando si è raggiunta la fase di fusione di ossigeno:non
viene trasformato in silicio (e poi ferro+ esplosione):avviene
la creazione di coppie di particelle e antiparticell
Evoluzione di una stella con massa circa 100 masse solari
idrogeno
elio
ossigeno
carbonio
neon
La grande massa permette un diverso comportamento
quando si è raggiunta la fase di fusione di ossigeno:non
viene trasformato in silicio (e poi ferro+ esplosione):avviene
la creazione di coppie di particelle e antiparticelle:viene
prodotto Ni-56 insieme ad altri elementi pesanti:segue
esplosione con nume in rapida espansione contenente elementi
sintetizzati : non genera residuo di stella neutronica o buco nero
Evoluzione di una stella con massa circa 100 masse solari
idrogeno
elio
ossigeno
ipernova
carbonio
neon
idrogeno
elio
carbonio
neon
ossigeno
Evoluzione di una stella con massa circa 100 masse solari
Nucleosintesi
1-2 masse solari
10-20 masse solari
100-200 masse solari
nucleosintesi
Nelle stelle della sequenza principale
viene trasformato idrogeno in elio
Nelle stelle più massicce, con temperature
molto più elevate, possono venire
sintetizzati anche elementi più pesanti che
poi verranno immessi nello spazio quando
la stella esplode
Evoluzione stellare
Stella rossa
stella
protostella
Gigante rossa
Nebulosa in fase di contrazione
Nebulosa planetaria
Nana bianca
Supergigante rossa
Nana nera
Stella neutronica
Buco nero
Nebulosa gassosa
supernova
La sintesi degli elementi chimici avviene fondamentalmente nelle stelle
quando la temperatura interna permette la fusione di nuclei più leggeri
in nuclei più pesanti (fino al ferro…):
tale temperatura raggiunge valori
diversi in funzione della massa della stella
in fase di collasso gravitazionale:
stelle con la massa simile a quella solare
possono raggiungere al loro centro
temperature che permettono solo la trasformazione di idrogeno in elio:
stelle più massicce possono attraverso fasi alterne di compressione ed
espansione raggiungere temperature che permettono la sintesi di nuclei
fino al ferro:
oltre tale elemento la stella eventualmente esplode come
supernova immettendo nello spazio gli elementi sintetizzati
(altri elementi più pesanti possono essere prodotti mediante processi di
neutronizzazione…)
Mentre la massa gassosa collassa, la temperatura verso l’interno aumenta
fino a raggiungere valori (10.000.000 °…) che permettono l’inizio della
fusione nucleare:l’energia irradiata permette di equilibrare la forza
responsabile del collasso:la stella si mantiene costante come volume
Idrogeno >>> elio + energia
Terminata la fusione dell’idrogeno centrale, riprende il collasso della
massa gassosa:
mentre la parte centrale collassa e si riscalda,
la parte periferica si espande rapidamente per effetto della
radiazione proveniente dall’interno:
la temperatura diminuisce e il colore passa verso il rosso:nasce una
gigante rossa che poi disperderà lentamente energia e massa senza
più permettere ulteriori fusioni:
si evolverà verso la fase di nana bianca, nana nera…
Sintesi di elementi in stelle più massicce del sole
mediante fasi alterne di compressione ed espansione si possono ottenere
temperature sempre più elevate che permettono la sintesi di elementi
fino al ferro (oltre avviene il collasso ed esplosione della stella, con
immissione degli elementi sintetizzati nello spazio circostante)