Глава 6. Звезды

6.5. Эволюция массивных звезд

6.5.2. Гравитационный коллапс массивных звезд

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 + γ → 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:

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.