在宇宙中，遍布着许多不同种类的恒星。不同大小的恒星，生命周期也不同，最终的结局也有所不同。一项新的研究发现，在一些大质量的恒星内部，元素氖（Ne）可以俘获在恒星核心的电子，从而导致恒星坍缩成中子星，并产生超新星。
研究人员将目标锁定在质量为太阳质量的8到10倍的恒星，这些恒星通常具有一个由氧（O）、氖（Ne）和镁（Mg）组成的核心（简称ONeMg核心）。核心中含有大量的简并电子，这意味着在致密的空间中含有大量电子，这些电子具有足够的能量来对抗引力，从而避免核心坍缩。然而，一旦核心的密度足够高，电子就会被同样存在于核心的镁和氖所消耗。
○ 艺术构想图：在恒星核心，电子被氖鱼吃掉。| 图片来源：Kavli IPMU
过去已有研究证实，一旦核心的质量接近钱德拉塞卡极限，镁和氖就会开始吞噬电子，产生所谓的电子俘获过程。但关于电子俘获是否会导致中子星的形成，却一直存在争议。为此，天文学家研究了一颗质量为太阳质量8.4倍的恒星的演化过程，并运行了计算机模拟来寻找答案。
通过一些最新的与密度以及温度相关的电子俘获率数据，研究人员模拟了恒星核心的演化，恒星的核心是由简并电子的压力对恒星自身引力的对抗所维持的。由于镁和氖主要吞噬电子，因此电子数量会减少，核心也迅速缩小。
电子俘获还会释放热量。当星核的中心密度超过10¹⁰g/cm³时，核心中会启动氧燃烧，并产生铁、镍等铁族原子核。这时，温度会变得非常高，从而使质子得到自由并逃逸。在此之后，电子开始变得更容易被自由的质子和铁族原子核俘获，由于其密度如此之高，以至于内核在没有产生热核爆炸的情况下就坍缩了。
在新的电子俘获率下，氧燃烧会在稍微偏离中心的位置发生。尽管如此，坍缩形成了一颗中子星，并引发了超新星爆炸，这表明超新星是可以由电子俘获引发的。
○ a. 一个含有氧（O）、氖（Ne）和镁（Mg）的恒星核心；b. 一旦核心的密度变得足够高，镁和氖就会开始吞噬电子并引发坍缩；c. 这会使得氧燃烧开始启动，从而产生铁族原子核和自由的质子，并继续吞噬越来越多的电子，促使核进一步坍缩；d. 最后，坍缩核心的中心变成了一颗中子星，外层则爆炸产生超新星。| 图片来源：Zha et al
前面我们已经提到，这些质量范围在8到10倍太阳质量的恒星会形成由氧、镁、氖构成的核心，ONeMg核心随后会通过壳层燃烧而增加质量，恒星则将继续演化。在这个后续的演化过程中，恒星的富含氢的包层会在一些机制（如星尘风等）之下损失质量。
这些恒星的命运最终有两种结局：假如它几乎已经失去了所有富含氢的包层，那么就会形成一个由ONeMg构成的白矮星；假如包层的质量损失很少，ONeMg核心的质量接近钱德拉塞卡极限，恒星就会如研究人员在模拟中发现的那样，形成一颗由电子俘获引发的超新星。
○ 蟹状星云是中国天文学家在1054年就捕捉到的超新星残骸。1982年，Nomoto等人认为这可能是由一颗初始质量约为9倍的恒星的电子俘获超新星引起的。| 图片来源：NASA, ESA, J. DePasquale (STScI), and R. Hurt (Caltech/IPAC)
研究人员认为，电子捕获超新星或许就能解释，早在1054年就被记录下的形成了蟹状星云的超新星特性。
参考来源：https://phys.org/news/2020-03-electron-eating-neon-star-collapse.htmlhttps://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/ab4b4b
发表于 2020-4-5 20:54
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