Pourquoi la matière reste-t-elle effondrée dans le noyau, à la suite d'une explosion de supernova?

À la suite d'une explosion de supernova, une étoile peut se transformer en naine blanche, étoile à neutrons, trou noir ou simplement restes de poussière et de gaz stellaires.

À l'exception de ce dernier cas, pourquoi et comment la matière centrale de l'étoile reste-t-elle effondrée, après un tel événement où la matière est éclatée et dispersée dans l'espace?

Afin de "faire exploser quelque chose", vous devez libérer plus d'énergie que son énergie de liaison et avoir un moyen de piéger cette énergie afin qu'elle ne puisse pas s'échapper d'une autre manière.

Au centre d'une supernovae d'effondrement du noyau se trouve un rayon de 10 km, une boule de $1.4 M_{\odot}$ de (presque) neutrons. Son énergie de liaison gravitationnelle est $\sim GM^2/R = 5\times 10^{46}$ J.

C'est presque exactement la quantité d'énergie libérée par l'effondrement du noyau d'une taille beaucoup plus grande (c'est-à-dire que l'énergie de la supernova est gravitationnelle pour commencer) et puisque une partie de cette énergie va dans la dissociation des noyaux de fer et la fabrication de neutrons (les deux endothermiques processus) et la plupart des autres s'échappent sous forme de neutrinos, alors il ne peut pas y avoir assez d'énergie pour délier le noyau. Seule une infime fraction (1%) de cette énergie est transférée vers l' enveloppe de l'étoile d'origine, qui, étant donné qu'elle a un rayon beaucoup plus grand (d'au moins 5 ordres de grandeur), est suffisante pour surmonter son énergie de liaison gravitationnelle et la faire exploser dans l'espace.

Le cas d'une supernova de type Ia (une naine blanche qui explose) est tout à fait différent. Ici, la source d'énergie n'est pas un effondrement gravitationnel, mais une détonation thermonucléaire de tout le carbone et l'oxygène qui composent la naine blanche, pour former des éléments de pic de fer. Ce processus exothermique libère rapidement suffisamment d'énergie pour délier l'étoile d'origine (voir par exemple ici ) et il est complètement détruit.

Ce qui manque dans les explications ci-dessus, c'est ce qui se passe réellement qui provoque toute sorte d'explosion.

Je vais voler de xkcd pour aider avec ceci:

https://what-if.xkcd.com/73/

Et voici un article de l'Institut Max Planck qui parle en profondeur de la nature de l'aspect neutrino:

https://www.mpg.de/11368641/neutrinos-supernovae

En fin de compte, lorsque l'étoile est en train de mourir, elle commence à émettre des neutrinos. Beaucoup de neutrinos ... avec beaucoup d'énergie. Maintenant, je suis sûr que vous pensez "qu'est-ce que ça ferait ... ils ne pèsent pas grand-chose". Mais c'est littéralement comme être enterré dans un stade de football avec des fourmis ... il y a tellement de neutrinos qui emballent tellement d'énergie qu'ils font littéralement souffler la matière extérieure de l'étoile avec suffisamment d'énergie pour l'éloigner de la gravité bien de la question restante.

Ah ... mais comment reste-t-il? Parce que près du centre, le puits de gravité est le plus profond, et également près du centre, toute particule (noyau / neutron) est bombardée à peu près également dans toutes les directions par les neutrinos ... de sorte que la quantité de mouvement totale annule effectivement à zéro. Une partie de la matière est un peu déplacée ... mais retombe dans le puits de gravité très profond.

Je suis sûr que ce serait un spectacle à voir ... pendant ce bref instant avant que vous ne soyez vaporisé par des neutrinos (et toutes les autres énergies) au moins.

Trouvé la réponse sur le site de la NASA

L'effondrement se produit si rapidement qu'il crée d'énormes ondes de choc qui font exploser la partie extérieure de l'étoile!

Cela signifie que le noyau survit à l'explosion en quelque sorte

Après une explosion de supernova, l'événement pourrait laisser un objet compact comme une étoile à neutrons ou un trou noir. L'objet peut encore accumuler des matériaux tels que l'accrétion de repli ou son étoile compagnon. Si l'objet est une étoile à neutrons, il pourrait encore s'effondrer dans un trou noir.

Notez que les étoiles massives dans la gamme de masse solaire 50-150 peuvent exploser dans une extrémité de supernova ne laisser aucun noyau, à cause d'une chose appelée "instabilité de paire".

Dans une étoile, il y a deux forces opposées qui s'équilibrent généralement. La gravité est une force qui induit l'effondrement, tandis que la pression de rayonnement des réactions de fusion à l'intérieur résiste à la tendance à l'effondrement. Les petites étoiles semblables au soleil, lorsqu'elles auront épuisé la majeure partie de leur carburant hydrogène, commenceront à "brûler" l'hélium et deviendront des géantes rouges. Lorsque l'hélium s'épuise, ils gonflent leurs couches externes dans une nova et s'effondrent pour former une naine blanche de la taille de la Terre. Ces naines blanches sont incroyablement denses et lourdes, car la majeure partie de la masse de l'étoile d'origine a été compressée en un volume relativement minuscule. Un effondrement supplémentaire résiste à une force appelée pression de dégénérescence des électrons.

Des étoiles beaucoup plus grandes que le soleil continueront à fondre des éléments au-delà de l'hélium, accumulant des couches d'éléments successivement plus lourds jusqu'à ce qu'elles atteignent le fer. La fusion d'éléments au-delà du fer nécessite un apport d'énergie plutôt que d'en produire, et les incendies nucléaires s'éteignent, donc privés de soutien de la pression de rayonnement, les couches externes de l'étoile s'effondrent, produisant une explosion de supernova. La pression de dégénérescence des électrons n'est pas suffisante pour empêcher un effondrement plus drastique que celui des étoiles beaucoup plus petites. Selon la masse de l'étoile qui s'effondre, cela entraînera soit la formation d'une étoile à neutrons, qui est comme un gigantesque noyau atomique d'une densité incroyable d'environ 6 miles de diamètre mais contenant une masse équivalente à plusieurs de nos soleils, ou elle s'effondrera encore pour former une singularité de trou noir dans laquelle la matière entre dans un état qui n'est pas entièrement compris par la science. Notre soleil, soit dit en passant, a un diamètre de 860 000 milles.