Производство элементов при взрывах сверхновых - это то, что мы считаем само собой разумеющимся в наши дни. Но точно, где и когда этот нуклеосинтез имеет место, все еще неясно - и попытки компьютерного моделирования сценариев коллапса ядра все еще выдвигают текущую вычислительную мощность до пределов.
Звездный синтез в звездах главной последовательности может создавать некоторые элементы вплоть до железа. Дальнейшее производство более тяжелых элементов также может иметь место при определенных затравочных элементах, захватывающих нейтроны с образованием изотопов. Эти захваченные нейтроны могут затем подвергаться бета-распаду, оставляя позади один или несколько протонов, что по существу означает, что у вас есть новый элемент с более высоким атомным номером (где атомный номер - это число протонов в ядре).
Этот «медленный» процесс или s-процесс создания более тяжелых элементов, скажем, из железа (26 протонов) чаще всего имеет место в красных гигантах (создание таких элементов, как медь с 29 протонами и даже таллий с 81 протоном).
Но есть также быстрый или r-процесс, который происходит в считанные секунды в сверхновых звезд коллапса ядра (будучи сверхновых типов 1b, 1c и 2). Вместо стабильного, поэтапного строительства в течение тысячелетий, наблюдаемого в s-процессе, - в затравочных элементах при взрыве сверхновой звезды застряло множество нейтронов, и в то же время они подвергаются воздействию разрушающихся гамма-лучей. Эта комбинация сил может создать широкий спектр легких и тяжелых элементов, особенно очень тяжелых элементов от свинца (82 протона) до плутония (94 протона), которые не могут быть получены с помощью s-процесса.
До взрыва сверхновой реакции синтеза в массивной звезде постепенно протекают через сначала водород, затем гелий, углерод, неон, кислород и, наконец, кремний - из этой точки развивается железное ядро, которое не может подвергаться дальнейшему синтезу. Как только это железное ядро вырастает до 1,4 солнечной массы (предел Чандрасекара), оно коллапсирует внутрь почти на четверть скорости света, когда сами железные ядра коллапсируют.
Остальная часть звезды коллапсирует внутрь, чтобы заполнить созданное пространство, но внутреннее ядро «отскакивает» назад, так как тепло, создаваемое первоначальным коллапсом, заставляет его «кипеть». Это создает ударную волну - немного похожую на раскат грома, умноженный на много порядков, что является началом взрыва сверхновой. Ударная волна взрывает окружающие слои звезды - хотя, как только этот материал расширяется наружу, он также начинает охлаждаться. Таким образом, неясно, происходит ли нуклеосинтез r-процесса в этой точке.
Но разрушенное железное ядро еще не закончено. Энергия, генерируемая при сжатии ядра, распадает многие ядра железа на ядра гелия и нейтроны. Кроме того, электроны начинают объединяться с протонами, образуя нейтроны, так что ядро звезды после этого первоначального отскока оседает в новом основном состоянии сжатых нейтронов - по существу, протонейтронной звезды. Он способен «осесть» благодаря выбросу огромного количества нейтрино, которое уносит тепло от ядра.
Именно этот нейтринный взрыв ветра ведет остальную часть взрыва. Он догоняет и взрывает уже взорванный выброс внешних слоев звезды-прародителя, нагревая этот материал и добавляя ему импульс. Исследователи (ниже) предположили, что именно этот случай воздействия нейтринного ветра («обратный удар») является местоположением r-процесса.
Предполагается, что r-процесс, вероятно, завершится в течение пары секунд, но может пройти еще час или больше, прежде чем фронт сверхзвукового взрыва прорвется сквозь поверхность звезды, что внесет новый вклад в периодическую таблицу.
Дальнейшее чтение: Арконес А. и Янка Х. Относящиеся к нуклеосинтезу состояния в нейтринных потоках сверхновых. II. Обратный удар в двумерном моделировании.
И, для исторического контекста, оригинальный документ по этому вопросу (также известный как B2FH) Э. М. Бербидж, Г. Р. Бербидж, В. А. Фаулер и Ф. Хойл. (1957). Синтез стихий в звездах. Rev Mod Phy 29 (4): 547. (До этого почти все думали, что все элементы сформировались в Большом Взрыве - ну, все, кроме Фреда Хойла).
