¿Arrancar el núcleo de una estrella similar al Sol haría que explotara?

Soy muy consciente de que una estrella similar al Sol es incapaz de producir una supernova al final de su vida. Sin embargo, ¿eliminar el núcleo o una fracción de él desencadenaría una explosión de la estrella colapsando sobre sí misma? Quitar, en este caso, significa realmente llevar a otro lugar, tanto la masa como la energía que puedan estar presentes. ¿Sería el colapso lo suficientemente violento como para encender una reacción de fusión más enérgica y desbocada o producir antimateria como puede ser el caso de una hipernova?

Si ocurre una explosión, ¿cómo podría compararse con una supernova real?

No te preocupes por el mecanismo que quita el núcleo; por el bien de la pregunta, solo me preocupa el efecto.

Mi intuición es que verías un fiasco y no una explosión.
Siempre que no haya una explosión en el proceso, dudo que haya una falla notable. La energía del núcleo de una estrella en circunstancias normales tarda mucho tiempo en escapar. Si no recuerdo mal, algo así como un millón de años. Al menos emocionante es un enfriamiento lento durante un período de millones de años.
Todo depende de cómo lo estés rasgando. Si lo rasgas como si partieras un melón en dos, entonces probablemente causaría una explosión de la energía interna que estalló repentinamente. Si lo rasgas chupando el núcleo interno como si bebieras coco con una pajilla, entonces no habría explosión.
¿Quizás una nebulosa de forma muy interesante?
(Casi publiqué una versión más larga de esto como respuesta). No creo que nadie pueda darle una buena respuesta a esto. Tenemos modelos decentes de supernovas, pero aún no tenemos una imagen completa del colapso, incluido el "rebote del núcleo" que se suma a la onda de presión que posteriormente hace estallar la estrella, por así decirlo. Si pudiéramos entender mejor eso, entonces tal vez podríamos tener una mejor idea de lo que sucedería aquí. No sé si podemos hacer eso todavía, sin embargo.
@ HDE226868 Me lo imaginé, aunque con las respuestas que obtuve parece razonable pensar que esto desencadenaría una supernova o algo por el estilo.
Recomiendo encarecidamente leer el primer capítulo del amanecer de hierro de Charles Stress para obtener una respuesta.
@JohnMeacham lo investigaré
Realmente no podemos ignorar el mecanismo, porque si una estrella puede perder repentinamente su núcleo, entonces todo lo que pensábamos que sabíamos sobre la física estelar es incorrecto, y cualquier respuesta basada en esa misma física estelar incorrecta probablemente también sea incorrecta.
@MikeScott, el mecanismo no es un fenómeno natural, es artificial e intencional.
¡Si, absolutamente! La forma principal en que ocurre una supernova normal es que el núcleo colapsa repentinamente hasta un tamaño minúsculo. La parte principal de la explosión de una supernova no proviene del exceso de energía en este núcleo recién colapsado, sino del resto de la estrella que cae bajo la gravedad y la presión, y luego choca contra sí misma y se queda sin espacio. eso es lo que luego estalla con gran entusiasmo. Al fugarse con el núcleo, desencadena este evento. Será mucho menos enérgico que todo el shebang explotando, pero aún así resultará en algo mucho más enérgico que un "simple" Nova normal.

Respuestas (3)

Pensemos por qué ocurre una supernova en una estrella masiva. Probablemente sepa que después de que una estrella desarrolla un núcleo de hierro, no es posible una mayor fusión nuclear a gran escala. Sí, puede producir elementos más pesados ​​a través de la captura de neutrones , lo que de hecho ocurre durante las supernovas (a través del proceso r ) y dentro de estrellas masivas (a través del proceso s ), pero las condiciones simplemente no son lo suficientemente adecuadas para formarlos a tasas significativas. dentro de estrellas masivas, por no hablar del Sol. Por lo tanto, ya no tienes una fuente de presión hacia el exterior en el núcleo (aunque las capas exteriores seguirán fusionando núcleos más ligeros en los procesos de combustión de la cáscara ).

Previamente, la estrella estaba en equilibrio hidrostático ; la presión exterior equilibraba la fuerza gravitatoria interior. Sin embargo, la presión interna ahora se ha ido, como es el caso de su Sol sin núcleo, por lo que el núcleo comienza a colapsar. Lo que sucede a continuación es un poco complejo; Voy a citar una respuesta que escribí sobre astronomía :

  1. A densidades suficientemente altas ( ρ ∼ 10 9  gramos/cm 3 ), la captura de electrones se vuelve importante, donde un protón y un electrón se combinan para formar un neutrón y un neutrino electrónico:
    mi − + pags → norte + v mi
    Simultáneamente, puede ocurrir la desintegración beta , donde un neutrón se desintegra en un protón, un electrón y un antineutrino electrónico:
    norte → pags + mi − + v ¯ mi
    Sin embargo, la desintegración beta se vuelve menos importante que la captura de electrones en este punto.
  2. La captura de electrones reduce la presión de degeneración de electrones en el núcleo, lo que conduce a un colapso acelerado del núcleo. La presión de degeneración es importante en los núcleos de muchas estrellas, pero en estrellas extremadamente masivas, incluidas las supergigantes rojas, simplemente no es suficiente para detener el colapso.
  3. A densidades por debajo ∼ 10 11  gramos/cm 3 , los neutrinos pueden llevarse energía y el estallido inicial deja la estrella en unos diez segundos. Sin embargo, el colapso del núcleo conduce rápidamente a densidades mucho mayores, y cuando ρ ∼ 4 × 10 11  gramos/cm 3 , los neutrinos quedan atrapados. Se dispersan de los núcleos y transfieren energía a los electrones. La dispersión de núcleos de electrones también es importante y puede ser dominante a energías más altas.
  4. A ρ ∼ 2.5 × 10 14  gramos/cm 3 , el núcleo sufre un "rebote" y la explosión de supernova comienza por completo. Una onda de choque se propaga hacia el núcleo externo y se producen más neutrinos a través de la captura de electrones.
  5. Los neutrinos aún atrapados en/por el remanente estelar son liberados unos diez segundos después. La producción de pares de neutrinos también conduce a un enfriamiento rápido. Algunos de estos neutrinos pueden contribuir a la reactivación de la onda expansiva.

¿Qué pasaría si pudiéramos detener rápidamente que las densidades alcancen un nivel lo suficientemente alto como para que la captura de electrones se vuelva menos importante, deteniendo tanto la acumulación como el estallido rejuvenecedor de neutrinos hacia el exterior? Eso proporcionaría apoyo contra un mayor colapso y detendría la onda de choque hacia el exterior de cada formación, porque no habría rebote. De hecho, podemos hacer esto fácilmente en el caso del Sol, dado que deberíamos esperar ver una densidad de núcleo más baja que en las estrellas masivas.

Ahora, esas densidades más bajas significan que es menos probable que los neutrinos interactúen con las capas exteriores de la estrella; por lo tanto, deberían escapar, llevándose su energía sin causar daño. Esto debería hacer que el rebote sea más débil, si es que sucede, otra razón por la que diría que la supernova puede no ocurrir.

Otra ventaja que podemos tener es que el núcleo del Sol no está degenerado; más bien, está soportado por la presión térmica. Sospecho que esto debería hacerlo más estable. La analogía que veo que se usa mucho, y que prefiero, es la de un termostato, que se mencionó en las notas vinculadas arriba. En una estrella, si la presión disminuye, también lo hacen la temperatura y la tasa de fusión. Luego, la estrella se colapsa un poco hasta que alcanza densidades más altas, aumentando la velocidad de fusión, la temperatura y la presión hasta que vuelve a ser estable. Supongo que esto es lo que sucedería con un Sun sin núcleo. Presumiblemente, la densidad nunca sería lo suficientemente alta como para que se produzca la captura de electrones, por lo que la onda de choque nunca se produciría. No tendrías una supernova, porque tendrías algo para contrarrestar el colapso: la fusión nuclear.

Aquí hay otro pequeño dato: la captura de electrones es más probable que ocurra con protones libres que con núcleos más pesados ​​(ver Balasi et al. (2015) ), lo que significa que si tuviera muchos metales pesados ​​en su Sol sin núcleo, tal vez la captura de electrones podría ocurrir menos. dramáticamente, ralentizando el colapso del núcleo y tal vez previniendo el rebote.

Finalmente, he estado debatiendo si debería o no mencionar un flash de helio . Nuevamente, no tengo idea de cómo ocurriría la fusión en el Sol sin núcleo a medida que el material se moviera hacia el centro, pero existe la posibilidad de que pueda ver una breve fusión fuera de control (similar a lo que sucede en un destello de helio) que luego se amortiguaría, aunque una reacción de fusión de hidrógeno, no de fusión de helio. Todavía no estoy seguro de cómo afectaría eso a la posibilidad de un rebote.

Referencias adicionales:

Por lo que estoy reuniendo, es posible que el sol no pueda crear suficiente densidad para desencadenar una explosión más grande y, en cambio, simplemente vuelva a encender el proceso de fusión que eliminó al quitar el núcleo. Y si hay un colapso, es posible que ni siquiera ocurra a un ritmo particularmente energético. También en el enlace de física de las estrellas que publicaste, se indica que el núcleo fue todo lo que estuvo involucrado en el colapso, no la totalidad de la estrella. Y ese núcleo solo tenía una masa mayor que la del sol. Parece que, en el mejor de los casos, habría un brillo por el reencendido de la fusión y/o el calor producido en el caparazón colapsado.
@JoeKissling Tienes razón en todo eso. La única razón por la que considero las capas externas es que en una supernova, no son inmediatamente relevantes porque las ondas de choque tardan mucho en afectarlas; otros procesos en el núcleo suceden antes. Aquí, sin embargo, las capas son las únicas cosas relevantes (el núcleo se ha ido) y caerán hacia la región central.

El núcleo solar es el 34% de la masa del Sol, por lo que el Sol seguirá siendo una estrella, en algún momento después del evento. Implosionará y probablemente intensificará los procesos en comparación con las condiciones anteriores y con una estrella comparable con el 66% de la masa del Sol. La dinámica de los procesos de colapso puede conducir a la eyección de plasma, por lo que definitivamente no se recomienda para planetas como el nuestro en el estado actual de nuestro desarrollo tecnológico.

Se considera que el núcleo del Sol se extiende desde el centro hasta alrededor de 0,2 a 0,25 del radio solar.

tu = − GRAMO ∫ 0 R ( 4 π r 2 ρ ) ( 4 3 π r 3 ρ ) r d r = − GRAMO dieciséis 3 π 2 ρ 2 ∫ 0 R r 4 d r = − GRAMO dieciséis 15 π 2 ρ 2 R 5

Del artículo wiki de energía de enlace gravitacional , pero en este caso el núcleo está fuera, por lo que está fuera de 0.25R

tu = − GRAMO ∫ 0.25 R R ( 4 π r 2 ρ ) ( 4 3 π r 3 ρ ) r d r = − GRAMO dieciséis 3 π 2 ρ 2 ∫ 0.25 R R r 4 d r = − GRAMO dieciséis 3 π 2 ρ 2 ⋅ 1 5 ( R 5 − 0.0009765625 ⋅ R 5 )

Asumen una distribución uniforme para la masa, lo que definitivamente no es el caso, pero continuaremos suponiendo más, supongamos que una cosa llamada radio no cambiará significativamente para una estrella con el 66% de su masa original (no es cierto, pero esperemos que sea suficiente cierto para nuestros propósitos)

Con estas suposiciones, la energía almacenada como energía cinética/energía térmica/etc. como resultado de este colapso será como:

0.0009765625 ⋅ 0.4356 ⋅ 3 GRAMO METRO 2 5 R = 9.68176538754e+37J

Eso es mucho, incluso comparado con los 3.828e+26 J/s que produce el sol, según Sun Fact Sheet .

  • No estoy seguro de ninguna suposición y cálculo aquí, solo trato de estimar órdenes de magnitud de órdenes de magnitud. Parece que tiene potencial para cosas desagradables.

La pregunta es: ¿será suficiente? Lo que le sucede a las supernovas no es porque colapsen, el colapso en sí mismo es consecuencia de lo que realmente sucede, y lo que sucede cambia el combustible que queman. (No poseo un conocimiento profundo sobre los procesos allí, pero este es uno de ellos)

La quema de hidrógeno es un proceso lento, si lo comparamos con otro tipo de reacciones termonucleares, como se puede ver en el ejemplo de las bombas termonucleares, no necesitan condiciones tan extremas como las que tiene el sol constantemente en el núcleo, y producen más energía por masa dada, entonces el sol lo hace por la misma masa en el mismo tiempo.

Al eliminar el núcleo, tiene el potencial de ralentizar la combustión, ya que contiene átomos pesados, como quizás el carbono, que tal vez ayude a catalizar la combustión del hidrógeno.

Pero esta energía potencial de colapso calentará el hidrógeno a temperaturas más altas y tal vez lo comprimirá a un estado más denso durante algún tiempo, lo que puede no mejorar linealmente la velocidad de combustión del hidrógeno. Lo que conducirá a la expansión de la materia, ralentizando la reacción y creando circunstancias para colapsar nuevamente.

No me pregunto si los ciclos de colapso/expansión continuarán durante el próximo millón de años. Cuánto tiempo continuará será una cuestión de qué tan bueno será ese sistema como oscilador.

Durante esa danza tendrá lugar la eyección solar, eso seguro, y será espectacular observarla desde una distancia segura.

¿Actuará realmente como una supernova? Probablemente no, depende, mmm, una pregunta interesante. Quiero decir, seguro que ninguna estrella lo hará, algunas estrellas realmente pueden convertirse en supernovas a partir de eso, especialmente si la eliminación del núcleo se realiza de manera de maximizar esa probabilidad, pero otras no lo harán (básicamente, estas que pueden ser supernova en un futuro pueden, que no lo harán, probablemente no lo harán)

¿Esta situación conducirá a que sucedan cosas desagradables en el sistema estelar en una forma de supernova de mal o bien (depende de quién y para qué lo use)? Sí, probablemente tendrá algunos elementos de supernova: explosiones de energía, explosiones de plasma, etc.

¿Será un apocalipsis para el sistema estelar, para los planetas probablemente no, para alguien en un planeta, probablemente sí?

¿Puedes explicar por qué estás usando esas ecuaciones? Primero parece estar calculando la energía de enlace gravitacional, pero luego parece que está diciendo que el 9e37 es energía potencial liberada del sistema que colapsa. No puedo decir cuál se supone que es la cifra 9e37.
@kingledion sí. La energía de enlace de un cuerpo resultante con masa 0.66M_sun menos la energía de enlace de este cuerpo con vacío en lugar de núcleo y la misma masa es igual a la energía convertida en calor/energía cinética durante el proceso de colapso. La energía vinculante responde a la pregunta de cuánta energía debemos gastar para que esta estrella no se distinga de los medios interestelares. En el caso de OP, tenemos que responder: cuánto tenemos que gastar solo para comenzar ese proceso y tener una carcasa con un orificio de 0.25R en lugar de un núcleo. 9e37J (+-pocos órdenes de magnitud) es una energía del sistema convertida de energía potencial en energía cinética.
@kingledion o tal vez de otra manera, en este caso integran una capa esférica de pequeño espesor, la integran sobre el radio de esa esfera. a r < 0.25 R ρ = 0 , para nuestro caso, y es por eso que tengo integración de R a 0.25 R
@kingledion Solo para que lo entienda correctamente, ¿el proceso de colapso liberaría más energía que la energía de unión gravitacional restante del sol después de que se retira el núcleo?
Estoy confundido como lo está @kingledion. La masa se elimina instantáneamente por algún proceso desconocido; simplemente se ha ido. Lo que sucede a continuación está determinado por la estructura y la masa de las capas fuera del núcleo, no por la energía de enlace que desapareció cuando se quitó el núcleo. Tampoco estoy convencido de que conduzca a una supernova; ¿De dónde viene la energía para dispersar las capas exteriores?
@ HDE226868 energía de unión que desapareció ; no lo hizo, es una función de la distribución de masa, forma y densidad en un sistema. Cualquier cosa que tenga masa y tamaño finito tiene energía de enlace por gravedad. Pero ya veo, tengo que aclarar ese momento en la respuesta.

Probablemente sería lo mismo que una supernova regular.

Una supernova es causada por el colapso repentino del núcleo de la estrella, lo que en realidad puede ocurrir por varias razones (el tipo más conocido está relacionado con quedarse sin "combustible" y colapsar bajo la gravedad), dejando un espacio vacío que el resto de la estrella "cae en". Esta materia que cae choca con otra materia que cae, rebota, y las intensas fuerzas de esta colisión hacen estallar la estrella.

La razón por la que normalmente solo las estrellas grandes experimentan supernovas es porque solo las estrellas grandes tienen núcleos lo suficientemente masivos como para sufrir este tipo de colapso gravitatorio rápido (los otros tipos de supernova también solo ocurren en estrellas grandes, pero por diferentes razones). Pero si simplemente eliminara el núcleo por completo (supongo que está haciendo esto a través de algún tipo de método hiperespacial y no alcanzando físicamente las capas externas de la estrella para extraerlo), esto no importaría. Incluso una pequeña estrella como nuestro Sol podría sufrir los mismos efectos. Quizás no tan intensa como la supernova de una estrella grande, pero sigue siendo una supernova.

Sin embargo, no habría remanente estelar (estrella de neutrones/agujero negro), ya que estos son los restos del núcleo colapsado y esta estrella no tiene ninguno.

Sí, el núcleo simplemente desaparece de la existencia, ya sea por hiperespacio, agujero de gusano, etc., lo que sea que funcione para usted. La clave es que su masa y energía ya no están presentes.
No estoy convencido de que el colapso conduzca a una supernova. Hay mecanismos (a saber, la presión térmica generada por la fusión) que podrían contrarrestarlo, que no existen o no son aplicables en una estrella masiva normal antes de que experimente una supernova.
Debo objetar levemente: la explosión será más pequeña porque hay menos masa para explotar.
@ HDE226868 Y las capas que chocan en una supernova también son capaces de fusionarse. De todos modos, hace boom porque choca con tanta fuerza que se quema muy rápido en lugar de millones o miles de millones de años.
@LorenPechtel Lo siento, no fui lo suficientemente claro. Es cierto que la nucleosíntesis ocurre en las capas externas, pero no ocurre a gran escala en el núcleo durante una supernova; la fusión de hierro no es exactamente común. Sin embargo, para el Sol sin núcleo, tiene combustible que se puede fusionar perfectamente bien.
¿Arrancar el núcleo de una estrella similar al Sol haría que explotara?
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