Детонация углерода или дефлаграция углерода — это бурное повторное зажигание термоядерного синтеза в белой карликовой звезде , которая ранее медленно охлаждалась. Это включает в себя неконтролируемый термоядерный процесс, который распространяется по белому карлику за считанные секунды, производя сверхновую типа Ia, которая высвобождает огромное количество энергии, когда звезда разлетается на части. Процесс детонации углерода/дефлаграции приводит к сверхновой другим путем, чем более известная сверхновая типа II (коллапс ядра) (тип II вызывается катастрофическим взрывом внешних слоев массивной звезды, когда ее ядро схлопывается). [1]
Белый карлик — это остаток звезды небольшого или среднего размера ( примером такого объекта является Солнце ). В конце своей жизни звезда сжигает свое водородное и гелиевое топливо, и термоядерные процессы синтеза прекращаются. Звезда не имеет достаточной массы , чтобы сжечь гораздо более тяжелые элементы или взорваться в нейтронную звезду или сверхновую II типа , как это может сделать более крупная звезда, под действием собственной гравитации, поэтому она постепенно сжимается и становится очень плотной по мере остывания, светясь сначала белым, а затем красным, в течение периода, во много раз превышающего нынешний возраст Вселенной .
Иногда белый карлик получает массу из другого источника — например, от двойной звезды- компаньона, которая находится достаточно близко к карликовой звезде, чтобы перекачать на себя достаточное количество материи; или от столкновения с другими звездами, когда перекачанная материя была выброшена в процессе собственной поздней стадии звездной эволюции компаньона . Если белый карлик получает достаточно материи, его внутреннее давление и температура возрастут достаточно, чтобы углерод начал синтезироваться в его ядре. Детонация углерода обычно происходит в тот момент, когда аккрецированное вещество толкает массу белого карлика близко к пределу Чандрасекара, составляющему примерно 1,4 массы Солнца , массе, при которой гравитация может преодолеть давление вырождения электронов , которое не дает ему коллапсировать в течение его жизни. Это также происходит, когда два белых карлика сливаются, если объединенная масса превышает предел Чандрасекара, что приводит к сверхновой типа Ia.
Звезда главной последовательности, поддерживаемая тепловым давлением , будет расширяться и охлаждаться, что автоматически уравновешивает увеличение тепловой энергии. Однако давление вырождения не зависит от температуры; белый карлик не способен регулировать процесс синтеза так, как это делают обычные звезды, поэтому он уязвим для неконтролируемой реакции синтеза.
В случае белого карлика возобновленные реакции синтеза выделяют тепло, но внешнее давление, которое существует в звезде и поддерживает ее против дальнейшего коллапса, изначально почти полностью обусловлено давлением вырождения, а не процессами синтеза или теплом. Поэтому, даже когда синтез возобновляется, внешнее давление, которое является ключом к тепловому балансу звезды, не увеличивается значительно. Одним из результатов является то, что звезда не расширяется значительно, чтобы сбалансировать свои процессы синтеза и нагрева с гравитацией и электронным давлением, как это было при сжигании водорода (пока не стало слишком поздно). Это увеличение производства тепла без средств охлаждения расширением резко повышает внутреннюю температуру, и поэтому скорость синтеза также увеличивается чрезвычайно быстро, форма положительной обратной связи, известная как тепловой разгон .
Анализ такого процесса, проведенный в 2004 году, показывает, что:
Дефлаграционное пламя, горящее из центра белой карликовой звезды наружу, оставляет позади себя горячий и легкий сгоревший материал. Однако топливо перед ним холодное и плотное. Это приводит к стратификации плотности, обратной гравитационному полю звезды, которое поэтому нестабильно. Таким образом, образуются сгустки горящего материала и поднимаются в топливо. На их границах возникают сдвиговые потоки. Эти эффекты приводят к сильным завихрениям. Результирующие турбулентные движения деформируют пламя и, таким образом, увеличивают его поверхность. Это увеличивает чистую скорость горения пламени и приводит к энергичному взрыву. [2]
Пламя резко ускоряется, отчасти из-за неустойчивости Рэлея–Тейлора и взаимодействия с турбулентностью . Возобновление синтеза распространяется наружу серией неравномерных, расширяющихся «пузырей» в соответствии с неустойчивостью Рэлея–Тейлора. [3] В области синтеза увеличение тепла при неизменном объеме приводит к экспоненциально быстрому увеличению скорости синтеза — своего рода сверхкритическое событие, поскольку тепловое давление безгранично увеличивается. Поскольку в этой ситуации гидростатическое равновесие невозможно, запускается «термоядерное пламя» и происходит взрывное извержение через поверхность карликовой звезды, которое полностью ее разрушает, что рассматривается как сверхновая типа Ia .
Независимо от точных деталей этого ядерного синтеза, общепринято, что существенная часть углерода и кислорода в белом карлике преобразуется в более тяжелые элементы в течение всего лишь нескольких секунд, [4] повышая внутреннюю температуру до миллиардов градусов. Это выделение энергии в результате термоядерного синтеза (1–2 × 10 44 Дж [5] ) более чем достаточно, чтобы разъединить звезду; то есть отдельные частицы, составляющие белый карлик, получают достаточно кинетической энергии, чтобы разлететься друг от друга. Звезда сильно взрывается и высвобождает ударную волну , в которой вещество обычно выбрасывается со скоростью порядка 5000–20 000 км/с , примерно 6% от скорости света . Энергия, высвобождаемая при взрыве, также вызывает экстремальное увеличение светимости. Типичная визуальная абсолютная величина сверхновых типа Ia составляет M v = −19,3 (примерно в 5 миллиардов раз ярче Солнца) с небольшими вариациями. [6] Этот процесс, в котором объем поддерживается давлением вырождения электронов вместо теплового давления, постепенно достигающего условий, способных зажечь неуправляемый синтез, также обнаруживается в менее драматичной форме во вспышке гелия в ядре достаточно массивной красной гигантской звезды.
{{cite web}}: CS1 maint: архивная копия как заголовок ( ссылка )