NTNU-professor jakter på døde stjerner

[Redaksjonen.]

NTNU-professor jakter på døde stjerner

[Simen1]

Sitat

Stjerner dør når de mer eller mindre har brukt opp drivstoffet sitt. Da eksploderer noen av dem.

Dette er en vanlig forenkling eller misforståelse. Stjerner som dør i en voldsom smell har egentlig bare brukt en liten andel av drivstoffet sitt, ~10% om jeg husker rett. Det som skjer er at kjernen har brukt opp drivstoffet. Dette skjer i flere trinnvise prosesser, delvise kollapser, der den første er når kjernen går tom for hydrogen. Da kollapser kjernen litt så den blir mer kompakt, temperaturen og trykket stiger

Det antenner en ny fusjonsprosess der helium fusjonerer til karbon. Det er en veldig energiproduserende prosess så kjernen utøver et mye større strålingstrykk mot mantelen. Mantelen puffes opp og får stjerna til å øke i radie "rød kjempe". Siden heliumet fusjonerer mye fortere enn hydrogen så øker stjerna sin totale utstråling som følge av større overflateareal. Denne fasen bare noen millioner år, før kjernen kollapser videre og øker trykk og temperatur ytterligere.

Dette starter neste fase, der karbon fusjonerer i et ennå høyere tempo og blir til silisium, oksygen og nitrogen. Stjerna sveller ytterligere ut på grunn av økt strålingstrykk fra kjernen mot mantelen. Stjernas "overflate" forblir stadig like varm som før men pga større radie og overflate øker den totale utstrålinga ennå mer. Stjerna puffes opp til å bli en ennå større rød kjempe. Denne fasen i kjerna er såpass heftig at den bare varer noen tusner eller titusner av år, før den kollapser videre.

Nå nærmer vi oss supernovaen med stormskritt. Stjerna består nå av mange lag med fusjonsprosesser, som en løk. Jern fusjonerer ikke videre så det er enden på visa. Det vil si at når jerninnholdet i kjerna øker så klarer ikke fusjonen i lengre kjerna å motstå tyngdekrafta, siden det ikke produseres ny varme i kjernen lengre. Kjernen kollapser og blir en vanvittig tett ball, en nøytronstjerne. Kollapsen skjer med nært lysets hastighet og den stillingsenergien som frigis i dette fallet er vanvittig og gir et tilbakeslag mot mantelen som får en betydelig del av massen i mantelen til å fusjonere momentant, i motsetning til gradvis over milliarder av år. Denne momentane fusjonen kan utløse mer energi enn stjerna har produsert hittil i sitt lange liv. 50-90% av den totale massen til stjerna blåses bort fra kjerna i nært lysets hastighet, en supernova. Denne massen danner ei stjernetåke, i nabolaget rundt nøytronstjerna.

Stjernetåka kan fortsatt inneholde så store mengder hydrogen at den kan kollapse og danne nye stjerner, i området rundt nøytronstjerna. Nøytronstjerna er altså restene av kjernen til en stjerne og denne kjerna er i utgangspunktet uhyre varm, ~100 millioner grader. Men siden den har krympet voldsomt så har den forholdsvis lite overflateareal som kan kvitte seg med varmen via varmestråling. Nøytronstjerna kan holde høy overflatetemperatur i milliarder av år selv om den ikke produserer ny varme. Den glødende nøytronballen kjøles veldig sakte ned.

Endret 26. desember 2021 av Simen1
Reorganisering av innlegget

[Simen1]

Må bare dra fram denne facinerende XKCD-en om supernovaer som produserer nøytronstjerner.

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

 

[nessuno]

Simen1, veldig entusiastisk skrevet men dog med helt fundamentale feil: stjerner som blir til røde kjemper (slik solen vår skal bli, og til slutt en hvit dverg) er lette stjerner der fusjonsprosessen stoppes grunnet for lite masse. I samme slengen svikter varmeutvekslingen mellom kjernen og mantelen, som gjør at stjernen blåser seg stadig mer opp til en rød kjempe, og etter å ha kvittet seg med de ytre lagene en hvit dverg.

Hadde solen vår for eksempel hatt 10x masse eller mer så hadde denne prosessen aldri funnet sted og slik som du korrekt sier vi hadde fått stadig tyngre elementer opp til jern og endt opp med enten en supernova som hadde da grunnet enorme mengder kinetisk energi PLUSS "rester" av ikke-fusjonerte lettere stoffer kollapset grunnet mangelfull balanse mellom indre varmeproduksjon og massene som ellers presser mer på en kaldere kjerne... og dermed resultert i enten en supernova med nøytronstjerne som endelig produkt og om ikke stjernen hadde vært enda mer massiv så hadde denne kollapsen aldri stoppet helt og stjernen hadde "forsvunnet" inn i sin egen overveldende og fokusert tyngdekraft og blitt et svart hull.

I tyngre stjerner er derimot overgangen mellom fusjon til stadig tyngre elermenter (tyngre en He) nokså udramatisk... pulsering, ja, men ikke noe eksplosjon. Slike normale fusjonsprosesser er kjempefint selvregulerende der gravitasjon/trykk balanseres med varmeproduksjon. 

Angående å akselerere de ytre lagene til lysets hastighet så er dette fundamentalt feil. Dette hadde krevd energier som finnes eksempelvis rundt svarte hull, nøytronstjerner har ikke energi til sånt, heller ikke en supernova.

Og ang å ikke produsere "ny varme" - nøytronstjerner gjør dette stadig vekk. Ikke nok med det men kan avgi enorme energimengder ved å enten sluke opp materie som ved en ren kinetisk kollisjon med stjernen avgir røflig 1/5-1/4 av MC2 grunnet akselerasjonen til enorme hastigheter før kollisjon, eller ved å i tillegg til å "kollidere mot seg" noe den samler opp med gravitasjon - skape enorme eksplosjoner på sin overflate siden forholdene på den er faktisk tilrettelagt ganske bra en fusjonsprosess uten å ha noe behov å komme seg ned til kjernen.

Endret 27. desember 2021 av nessuno

[Simen1]

nessuno skrev (10 timer siden):

Simen1, veldig entusiastisk skrevet men dog med helt fundamentale feil: stjerner som blir til røde kjemper (slik solen vår skal bli, og til slutt en hvit dverg) er lette stjerner der fusjonsprosessen stoppes grunnet for lite masse. I samme slengen svikter varmeutvekslingen mellom kjernen og mantelen, som gjør at stjernen blåser seg stadig mer opp til en rød kjempe, og etter å ha kvittet seg med de ytre lagene en hvit dverg.

Hadde solen vår for eksempel hatt 10x masse eller mer så hadde denne prosessen aldri funnet sted og slik som du korrekt sier vi hadde fått stadig tyngre elementer opp til jern og endt opp med enten en supernova som hadde da grunnet enorme mengder kinetisk energi PLUSS "rester" av ikke-fusjonerte lettere stoffer kollapset grunnet mangelfull balanse mellom indre varmeproduksjon og massene som ellers presser mer på en kaldere kjerne... og dermed resultert i enten en supernova med nøytronstjerne som endelig produkt og om ikke stjernen hadde vært enda mer massiv så hadde denne kollapsen aldri stoppet helt og stjernen hadde "forsvunnet" inn i sin egen overveldende og fokusert tyngdekraft og blitt et svart hull.

I tyngre stjerner er derimot overgangen mellom fusjon til stadig tyngre elermenter (tyngre en He) nokså udramatisk... pulsering, ja, men ikke noe eksplosjon. Slike normale fusjonsprosesser er kjempefint selvregulerende der gravitasjon/trykk balanseres med varmeproduksjon. 

Angående å akselerere de ytre lagene til lysets hastighet så er dette fundamentalt feil. Dette hadde krevd energier som finnes eksempelvis rundt svarte hull, nøytronstjerner har ikke energi til sånt, heller ikke en supernova.

Og ang å ikke produsere "ny varme" - nøytronstjerner gjør dette stadig vekk. Ikke nok med det men kan avgi enorme energimengder ved å enten sluke opp materie som ved en ren kinetisk kollisjon med stjernen avgir røflig 1/5-1/4 av MC2 grunnet akselerasjonen til enorme hastigheter før kollisjon, eller ved å i tillegg til å "kollidere mot seg" noe den samler opp med gravitasjon - skape enorme eksplosjoner på sin overflate siden forholdene på den er faktisk tilrettelagt ganske bra en fusjonsprosess uten å ha noe behov å komme seg ned til kjernen.

@nessuno Jeg pratet ikke om solar-masse stjerner, så akkurat den kritikken mener jeg er uberettiget. Jeg pratet kun om stjerner som er store nok til å kunne produsere de nøytronstjernene artikkelen handler om. Ei heller så tunge stjerner at de produserer sorte hull.

Angående "passe" tunge stjerner så har jeg ikke sagt at hver ny delvis kollaps er dramatisk, (selv om ekspansjonen til større rød kjempe i H-R diagrammet har noen diskontinuiteter). Men siste steg i utviklinga (kollapsene) mot nøytronstjerne er dramatisk (supernova type II, Ib eller Ic).

Jeg tar derimot kritikk på at de ytre lagene aksellereres til nært lysets hastighet. Dette var rett fra hukommelsen og ikke dobbeltsjekket før jeg postet.

Tja, det med "ny varme" er vel en definisjonssak. Jeg så ikke på innfallende materiale til nøytronstjerna som ny varme, ettersom det ikke foregår noen fusjon inne i nøytronstjerna og innfallende masse er helt avhengig av nettopp det. Det er ikke alle nøytronstjerner som mottar noe særlig innfallende masse. Men ja, ramler det ned noe, så ligger forholdene til rette for fusjon på overflaten. Jeg antar det skjer ganske øyeblikkelig i forbindelse med fallet og ikke er noe vedvarende prosess med mindre nøytronstjerna super opp materiale kontinuerlig fra sin kompanjong.

[nessuno]

Simen1 skrev (10 timer siden):

@nessuno Jeg pratet ikke om solar-masse stjerner, så akkurat den kritikken mener jeg er uberettiget. Jeg pratet kun om stjerner som er store nok til å kunne produsere de nøytronstjernene artikkelen handler om. Ei heller så tunge stjerner at de produserer sorte hull.

Angående "passe" tunge stjerner så har jeg ikke sagt at hver ny delvis kollaps er dramatisk, (selv om ekspansjonen til større rød kjempe i H-R diagrammet har noen diskontinuiteter). Men siste steg i utviklinga (kollapsene) mot nøytronstjerne er dramatisk (supernova type II, Ib eller Ic).

Jeg tar derimot kritikk på at de ytre lagene aksellereres til nært lysets hastighet. Dette var rett fra hukommelsen og ikke dobbeltsjekket før jeg postet.

Tja, det med "ny varme" er vel en definisjonssak. Jeg så ikke på innfallende materiale til nøytronstjerna som ny varme, ettersom det ikke foregår noen fusjon inne i nøytronstjerna og innfallende masse er helt avhengig av nettopp det. Det er ikke alle nøytronstjerner som mottar noe særlig innfallende masse. Men ja, ramler det ned noe, så ligger forholdene til rette for fusjon på overflaten. Jeg antar det skjer ganske øyeblikkelig i forbindelse med fallet og ikke er noe vedvarende prosess med mindre nøytronstjerna super opp materiale kontinuerlig fra sin kompanjong.

Tror du har gått glipp av mye (interessant!) om bla.a. nøytrinstjerner. Ikke nok med fallende materie - eksempelvis som "suges" fra en annen stjerne i en tvilling-system, men fusjon på overflaten til en nøytronstjerne grunnet samme materien kan lyse opp for en eller annen pico eller nanosekund mer enn en hel galakse og vel så det.