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Astrofisica Supernova a instabilità di coppia Ipotesi meccanismo attivato.

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Presentazione sul tema: "Astrofisica Supernova a instabilità di coppia Ipotesi meccanismo attivato."— Transcript della presentazione:

1 astrofisica Supernova a instabilità di coppia Ipotesi meccanismo attivato

2 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 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, 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

3 Una stella con massa ridotta (solare) mediante contrazione gravitazionale può aumentare la temperatura ( gradi K) nel nucleo e e la densità e così innescare la parziale fusione di idrogeno in elio: lenergia liberata produce la espansione del gas (gigante rossa) e la contrazione del nucleo senza più raggiungere temperature limite per innescare altre fusioni( elio > carbonio)

4 In una stella con massa di circa 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)

5 In una stella con massa di circa 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:lenergia generata innesca la esplosione della stella:genera nube in espansione senza residuo stellare

6 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 dellossigeno (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 Supernova a instabilità di coppia Si ipotizza che tale situazione di realizzi per la comparsa di un meccanismo che genera particelle e antiparticelle per trasformazione di fotoni in collisione

7 In stelle con masse molto superiori a quelle solari ( ) 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

8 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

9 Sole e stelle con massa simile

10 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 > perderà molta massa con vento solare> > nebulosa planetaria (con nana bianca) > > nana nera

11 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

12 Nebulosa gassosa protostella stella Stella rossa Gigante rossa Nebulosa planetaria Nana bianca Nana nera Nebulosa in fase di contrazione Evoluzione stellare per masse simil a quella solare

13 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

14 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

15 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 Evoluzione da gigante rossa a nana bianca - nera

16 Stelle con massa volte quella solare

17 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

18 Se la massa della gigante rossa è molto grande, riprende un ciclo di espansione e contrazione : gigante rossa riprende la sintesi si elementi chimici

19 La supergigante si trasforma in supernova: continua sintesi di elementi chimici: questa esplode originando una stella neutronica o un buco nero

20 idrogenoeliocarbonio neonossigeno 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 supernovaStella a neutroniBuco nero

21 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

22 Nebulosa gassosa protostella stella Stella rossa Gigante rossa Supergigante rossa supernova Stella neutronica Buco nero Nebulosa in fase di contrazione Evoluzione stellare:per masse maggiori di 2-3 masse solari

23 Evoluzione di stelle con massa di circa 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

24 idrogenoeliocarbonio neonossigeno Evoluzione di una stella con massa circa 100 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 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

25 idrogenoeliocarbonio neonossigeno Evoluzione di una stella con massa circa 100 masse solari ipernova

26 idrogeno elio carbonio neon ossigeno Evoluzione di una stella con massa circa 100 masse solari

27 Nucleosintesi 1-2 masse solari masse solari masse solari

28 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

29 Nebulosa gassosa protostella stella Stella rossa Gigante rossa Supergigante rossa Nebulosa planetaria Nana bianca Nana nera supernova Stella neutronica Buco nero Nebulosa in fase di contrazione Evoluzione stellare

30 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…)

31 Mentre la massa gassosa collassa, la temperatura verso linterno aumenta fino a raggiungere valori ( °…) che permettono linizio della fusione nucleare:lenergia irradiata permette di equilibrare la forza responsabile del collasso:la stella si mantiene costante come volume Idrogeno >>> elio + energia

32 Terminata la fusione dellidrogeno 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 dallinterno: 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…

33 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)


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