Астронет > 1.3 Захват нейтрино и остановка коллапса

по текстам по ключевым словам в глоссарии по сайтам перевод по каталогу

Эволюционная астрофизика

<< 1.2 Нейтронизация вещества и 2 Вспышки сверхновых. >>

1.3 Захват нейтрино и остановка коллапса

На начальных стадиях коллапса нейтрино свободно выходят из ядра (не термализованы), но по мере нарастания плотности становятся важны процессы упругого рассеяния нейтрино на свободных нуклонах, на ядрах тяжелых атомов и на электронах, идущие по каналу слабого взаимодействия через нейтральные (т.е. посредством Z-бозонов - рассеяние на нуклонах и электронах) или заряженные (посредством W^+/- бозонов - поглощение нуклонами и рассеяние на электронах) токи. Для нейтрино низких энергий $E_\nu\ll m_nc^2$ полное сечение рассеяния нейтрино на свободных нуклонах

$\begin{displaymath} \sigma_n\approx \frac{1}{4}\sigma_0\left(\frac{E_\nu}{m_ec^2}\right)^2 \end{displaymath}$

(3)

где $\sigma_0=1.76\times 10^{-44}$ см² - фундаментальное сечение в теории слабых взаимодействий. Для когерентного рассеяния на ядрах тяжелых атомов в сечении появляется множитель порядка A², A - атомный вес. Реакции упругого рассеяния нейтрино (т.е. без изменения энергии нейтрино) увеличивают непрозрачность для нейтрино без заметного изменения интенсивности нейтринного излучения (аналогично Томсоновскому рассеянию на свободных электронах).

В отличие от упругого рассеяния на нуклонах, рассеяние горячих нейтрино на вырожденных электронах из-за малой массы последних ( $E_\nu\gg m_ec^2$ ) носит неупругий характер, т.к. энергия нейтрино в каждом акте рассеяния уменьшается примерно вдвое (заметим, что вырожденный электрон с $E_e<{\cal E}_F$ вообще не может терять энергию). Это способствует термализации нейтрино и приведения их в локальное равновесие с веществом звезды, когда нейтрино из-за большой оптической толщи "заперты" внутри ядра звезды. Захват нейтрино эффективен при плотностях порядка 3 x 10¹¹ г/см³. Равновесная температура захваченных при коллапсе нейтрино оказывается около 10 МэВ.

Коллапс ядра останавливается при плотностях порядка ядерной плотности $\rho_{nuc}=2.8\times 10^{14}$ г/см³, при которых существенными становятся эффекты вырождения нейтронов и сжимаемость вещества опять способна противостоять действию сил тяготения. Для массы Солнца радиус однородной конфигурации (нейтронной звезды) с плотностью, равной ядерной около 12 км. Реакцией свободно падающих внешних слоев звезды на резко увеличившуюся упругость коллапсирующего ядра является "отскок" внешних слоев, который, как представляется, и является причиной сброса оболочки и наблюдаемого эффекта сверхновой звезды (см. ниже).

В результате захвата нейтрино нейтринная светимость резко падает. Если бы захват нейтрино отсутствовал, вся энергия связи коллапсирующего ядра излучалась в виде нейтрино за характерное время коллапса $t_{coll}\sim 1/\sqrt{G\rho}\sim 4\times 10^{-3}\rho_{12}^{-1/2}$ c:

$\begin{displaymath} L_{nu, max}\sim \left(\frac{ GM^2/R_{nuc}}{t_{coll}}\right)\sim 10^{57}\;\hbox{эрг/с} \end{displaymath}$

Однако захват нейтрино существенно изменяет ситуацию. Действительно, при упругом рассеянии траектория нейтрино представляет собой ломаную линию (случайные блуждания, как при Броуновском движении частицы) и движение носит диффузионный характер. В оптически толстой среде нейтрино рассеивается до тех пор, пока либо не испытает неупругое рассеяние на электроне, либо не поглотится нуклоном. Эффективная длина свободного пробега уже отнюдь не равна $\lambda_{coh}=1/n\sigma_n$ (n- концентрация рассеивающих частиц). Время диффузии нейтрино до выхода из такой среды

$\begin{displaymath} t_{dif}\sim \left(\frac{\lambda_{coh}}{c}\right)N_{scat} \end{displaymath}$

(4)

где N_scat - число актов рассеяния. Покажите в качестве упражнения, что $N_{scat}=(L/\lambda_{coh})^2=\tau^2$ (L - характерный размер системы, $\tau=n\sigma_n L$ - оптическая толщина) ¹. Подставив численные значения, находим для коллапсирующего ядра $t_{dif}\sim 0.08 \rho_{12}$ c и

$\begin{displaymath} L_{nu,coll}\sim \left(\frac{GM^2/R_{nuc}}{t_{dif}}\right)\sim 10^{52}\;\hbox{эрг/с} \end{displaymath}$

(5)

что хорошо согласуется с детальными гидродинамическими расчетами коллапса с учетом переноса нейтрино (Д.К.Надежин, D.Arnett и др.). Оптически толстая нейтринная оболочка, удерживаемая горячей нейтронной звездой, получила название нейтриносферы. Нейтринный импульс длительностью около 10 с был зарегистрирован от сверхновой 1987А в Большом Магеллановом Облаке на нескольких нейтринных обсерваториях (Монблан, Камиоканде, ИМБ, Баксан), в хорошем согласии с теоретическими расчетами коллапса ядра массивной звезды.

<< 1.2 Нейтронизация вещества и 2 Вспышки сверхновых. >>

Публикации с ключевыми словами: астрофизика - Эволюция звезд - квазары - Космология
Публикации со словами: астрофизика - Эволюция звезд - квазары - Космология

См. также:

Переработка вещества в Кассиопее А

Квазар в ранней Вселенной

Разложение далекого света

Формирование галактик в магнитной Вселенной

NGC 7789: Роза Каролины

Четыре изображения квазара вокруг галактики-линзы

"Эффекты" Зельдовича, запечатлённые на нашем небе

Все публикации на ту же тему >>

Мнения читателей [4]

Версия для печати

Астрометрия - Астрономические инструменты - Астрономическое образование - Астрофизика - История астрономии - Космонавтика, исследование космоса - Любительская астрономия - Планеты и Солнечная система - Солнце