电荷屏蔽效应对超新星爆发的影响

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大质量恒星的演化经过了内部的氢,氦,碳,氖,氧,硅燃烧以后,燃烧的壳层逐渐向外扩充,最后形成以铁族元素为核心的类似于洋葱的壳层结构。由于铁是自然界中最稳定的核素,所以这时热核反应停止。但由于这时的大质量恒星的核心的温度高达109-1010K,而密度则高达1095g/cm3.没有了热核反应释放的能量支持的星体核心,在这种高温高密的情况下,主要是电子的简并压在抵抗恒星的自引力。但是因为电子处于极端相对论的简并状态,其Fermi能达到了电子俘获反应的阈值.从而使电子俘获反应大量进行,以至于电子丰度迅速下降而使电子简并压无法抵抗星体的自引力,造成星体的迅速塌缩。当星体内核的密度达到核密度的时候由于自由核子之间的相互作用力而使星体的继续塌缩停止。而这时会在内外核心的交接处形成物质反弹并逐渐形成激波,星体的引力能大部分以中微子的形式向外传播,另外大概1%的能量形成激波的动能,使激波可以吹掉其外层的物质而形成超新星的爆发。目前的超新星爆发机制,主要有瞬时爆发机制和延迟爆发机制.但都没能很好的计算出超新星的爆发全过程。 超新星的爆发以及最后的核素的形成,很大一部分取决于超新星前身星的结构和组成.当大质量恒星的内部热核反应停止以后,电子俘获反应对于超新星的爆发起决定性的作用。随着电子俘获反应的进行,电子丰度就会下降因此造成电子简并压的下降;在此过程中由于中微子的产生和逃逸使恒星内部的熵发生变化,从而也影响了恒星的结构。当电子简并压不再能够支持星体的自身引力的时候,会造成星体核心的收缩,并且随着收缩后温度密度的进一步增加而使电子俘获反应愈加剧烈最后形成星体的全面塌缩。由于在星体的核心中电子处于极端相对论的简并状态,电子之间的Coulomb相互作用是MeV的量级以至于和大部分电子俘获反应的阈能相比较。所以,这时的电荷屏蔽效应对电子俘获反应的影响不可忽略.文中以56Ni和55Co,当考虑到电荷屏蔽效应后,发现这种效应可使电子俘获率降低20%-25%左右。 结合Heger(2001)等人给出的星体塌缩时最重要的核素列表,对电荷屏蔽效应对超新星的爆发的影响进行了讨论。由于电荷屏蔽的影响使电子俘获率下降从而使恒星核心处的元素组分发生变化。当电子丰度发生变化时,Si壳层燃烧的核反应链将倾向于中子丰度较小的那反应链,而中子丰度较小的铁族元素的结合能相对要较小。由于结合能的降低使被点燃的Si壳层变薄。而恒星的核心塌缩为一个渐进的过程所以可能造成最后形成的铁核减小。在文章中没有计算恒星的核心塌缩以后的电荷屏蔽率。实际上,星体刚开始塌缩及其形成核密度以后中微子的产生先是由于重荷俘获电子,随着密度的增加变成自由核子对电子的俘获。这时考虑到电荷屏蔽对电子俘获的影响,由于电子俘获率的降低会对星体的熵产生影响,并且会使星体的内核增大。所以,电荷屏蔽效应在超新星爆发的前后都会产生影响:铁核总体的降低和内核的增大。但由于俘获反应率同时也改变了整个星体的结构,所以是否能够促成超新星的瞬时爆发还要经过最终的数值计算得到。
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