¿Cómo explotan las estrellas?

¡Gracias Anónimo por el A2A!

Las estrellas tienen algunos mecanismos diferentes para explotar. Uno de ellos es el flash de núcleo de helio . Esto le sucede a las estrellas de baja masa, menos de aproximadamente 1,8 veces la masa solar, en las últimas etapas de su evolución.
Las estrellas generalmente tienen un núcleo de helio debido al hidrógeno que se quema durante su etapa de secuencia principal “brillante”. Este núcleo se colapsa a medida que la estrella envejece, y debido a esto, los electrones en el centro de la estrella se degeneran mucho, es decir, hay muy pocos estados electrónicos posibles que no estén ocupados. Aquí, recuerde el principio de exclusión de Pauli: solo un electrón puede ocupar un estado dado. Se emiten muchos neutrinos desde el centro de la estrella, enfriando el centro lo suficiente como para que la capa externa esté más caliente que el núcleo interno. Cuando la temperatura es lo suficientemente alta como para que se pueda producir carbono (consulte el proceso Triple alfa), se libera mucha energía y se enciende el helio (es decir, se quema) alrededor del centro de la estrella, que finalmente comienza a arder también. Esta explosión dura solo unos segundos y generalmente no abandona la estrella: las capas suprayacentes absorben la mayor parte de la energía, pero se pierde algo de masa de la superficie de la estrella.

Para las estrellas masivas, el proceso es más intenso. En lugar de ir desde el flash de helio a la nebulosa planetaria, las estrellas masivas mueren de una manera diferente. El helio sigue ardiendo, y se produce más y más carbono. Finalmente, el carbono también se quema, produciendo subproductos como oxígeno, neón, sodio y magnesio. Estos elementos también se queman, creando silicio, que también se quema, creando finalmente elementos cercanos al hierro y al níquel. Estos son algunos de los átomos más estables y ya no se pueden fusionar: para que el hierro se convierta en un núcleo más masivo, se debe introducir energía en el sistema. El núcleo de la estrella ahora es principalmente hierro, mientras que hay capas de elementos más ligeros y algunas envolturas no tienen proceso de combustión: no hay suficiente energía o densidad para que los elementos reaccionen.
Sin embargo, el núcleo está lo suficientemente caliente como para destruir núcleos pesados. Por ejemplo, un núcleo de hierro puede desintegrarse en helio y neutrones libres. Por lo tanto, los elementos más pesados ​​se descomponen en los más ligeros, lo que hace que se pierda mucha energía térmica. Ahora se producen muchos protones libres, y estos protones capturan los electrones libres que existían en la capa: estos electrones son responsables de ayudar a la estrella a no colapsar. Por lo tanto, se pierde mucha presión y el núcleo se colapsa extremadamente rápido: se pueden alcanzar velocidades de más de 70,000 kilómetros por segundo.
Los sobres exteriores se encuentran en una situación precaria: no reciben información de lo que está sucediendo en el núcleo, por lo que están casi suspendidos por encima del núcleo colapsando.
Por otro lado, el núcleo de las estrellas alcanza densidades más altas que las presentes en el núcleo atómico y el principio de exclusión de Pauli hace su trabajo nuevamente, esta vez con neutrones. De repente, ocurre una fuerte fuerza repulsiva y una onda de choque se acumula hacia afuera. La estrella acaba de pasar por un proceso de supernova de colapso del núcleo .

También hay otro tipo de explosiones de supernovas: las supernovas de tipo Ia . Si un sistema binario (es decir, dos estrellas que orbitan un centro de masa común) tiene una enana blanca que “absorbe” la masa de la segunda estrella y se vuelve más masiva que 1,4 veces la masa solar (valor conocido como el límite de Chandrasekhar), el La estrella explota catastróficamente. El mecanismo de estas explosiones aún se desconoce. Sin embargo, una posible explicación es que la enana blanca sigue un proceso similar al destello de helio, enciende el núcleo y provoca la explosión.

Esta es solo una versión corta de la historia y, si el tema le interesa lo suficiente, consulte la Introducción a la astrofísica moderna de Carroll y Ostlie , mi referencia a esta respuesta.

Las explosiones estelares se conocen básicamente como supernovas …

Una supernova solo puede ocurrir con estrellas con al menos más de 1,4 veces la masa del Sol (llamado límite de Chandrasekhar). Por lo general, las estrellas tienen mucha más masa, alrededor de 20 y 90 veces la masa de nuestro sol.
La esperanza de vida y el final de una estrella dependerán de su masa. Mientras más masa tenga la estrella, más violenta y poderosa puede ser la supernova.
A lo largo de toda su vida, las estrellas masivas se encuentran en un equilibrio constante entre su enorme masa externa que quiere colapsar hasta el núcleo de la estrella y su fusión nuclear que la sostiene a través de la presión expulsada de energía. Las estrellas masivas no solo convierten el hidrógeno en helio, sino que van más allá y siguen creando nuevos elementos hasta que llega al hierro. Cuando entran en hierro, debido a que el hierro no expulsa tanta energía después de fabricarse, la estrella comienza a perder el equilibrio entre la masa que quiere colapsar y la presión de la fusión nuclear. Este proceso lleva mucho tiempo, una gran cantidad de hierro con una masa de millones de Tierras puede almacenarse dentro del núcleo de una estrella antes de que el equilibrio finalmente se frene. Luego, en un milisegundo, el colapso de la estrella en su núcleo y esto hace que todo lo que estaba adentro se apague. Además, este colapso produce elementos más pesados ​​que el hierro, como el platino, el oro y el uranio. Es por eso que las nebulosas formadas después de la explosión son tan coloridas, porque están llenas de variedad, quiero decir, llenas de elementos diferentes. El núcleo restante puede ser una estrella de neutrones o un agujero negro, dependiendo de la masa original de la estrella. Algunas estrellas muestran los signos de sus extremos antes de morir, como un cambio en su color debido al bajo nivel de emisión de energía.
La explosión es tan poderosa que puede “eclipsar brevemente toda una galaxia, irradiando tanta energía como se espera que el Sol o cualquier estrella ordinaria emita durante toda su vida útil, antes de desaparecer de la vista durante varias semanas o meses”. – Google (si se buscó “supernova”)
Creo que es uno de los eventos más bellos del universo, aunque nunca he visto uno de cerca. jajaja

Si desea leer un poco más, le recomiendo esta respuesta muy bien escrita aquí: ¿Cómo se convierte una estrella en una supernova o un agujero negro? ¿Cómo decide la estrella en cuál convertirse?

Existen varios mecanismos, y la masa de la estrella determina cuál ocurre realmente. Wikipedia tiene un buen resumen de las posibilidades, ver Supernova y Nova.

Para mí, lo más espectacular es el colapso del núcleo (porque desgarra a la estrella por completo). En este caso, el proceso comienza con una estrella muy masiva. Las estrellas estables tienen un equilibrio entre la gravedad, que trata de hacerlas más pequeñas y densas, y la presión de la radiación proveniente de las reacciones de fusión en el núcleo de la estrella. Si las reacciones de fusión se detienen, la gravedad comprime rápidamente la estrella, aumentando la densidad y la temperatura en el núcleo. Si eso no desencadena un nuevo conjunto de reacciones de fusión, la gravedad gana y la estrella se derrumba en un agujero negro. Sin embargo, en las condiciones adecuadas, el núcleo de la estrella inicia una reacción explosiva de fusión que crea enormes cantidades de radiación. La presión de radiación abruma la gravedad y ¡auge! La estrella explota.

Una estrella, después de explotar, se llama supernova. Ahora hay dos tipos por los cuales se forma una supernova. Una es cuando una estrella dibujada blanca de larga vida está completamente hecha pedazos. Si un drawf blanco tiene una estrella compañera cercana, roba gas de su superficie y cuando esta cantidad excede el límite de Chandrashekhar, o la presión aumenta en gran medida, explota. Otra forma es a través de un colapso gravitacional. Cuando el núcleo de una estrella se convierte en hierro, no puede producir energía. Como resultado, no hay presión en el interior y la estrella se derrumba bajo su propia gravedad. Esto se observa principalmente en estrellas de corta vida.

Creo que lo que estás buscando se menciona en la respuesta aquí:
¿Por qué la estrella comienza a expandirse cuando se queda sin hidrógeno?

_Gracias,
Bhushan

Hay diferentes tipos de supernova (como se llaman las explosiones estelares). Hice mucho trabajo a la vez en la supernova Tipo Ia y ahí está el jurado. La idea básica es que en un sistema binario una estrella enana blanca llega al final de su vida como un núcleo ultradenso de carbono-oxígeno. Luego comienza a acumular una capa de helio de su vecino y se calienta a medida que aumenta su masa. En algún momento, esto es suficiente para provocar una explosión termonuclear. Luego, los científicos discuten ad infinitum sobre los detalles de la explosión. Puede encontrar algunos de mis trabajos industriales sobre explosiones que comenzaron como resultado de hacer un doctorado sobre el problema de supernova Tipo Ia en mi tablero de ciencia e ingeniería de ciencia e ingeniería