氖把电子“吃”了，导致恒星坍塌死亡，千里之堤，溃于蚁穴啊！

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天文学家发现大质量恒星内部的氖，可以“吃掉”消耗核心中的电子，这一过程被称为电子俘获，这一过程会导致恒星坍缩成中子星并产生超新星。科学家感兴趣的是：研究质量范围在8到10个太阳质量范围内的恒星最终命运。这个质量范围很重要，因为它包括恒星是具有足够大的质量以经历超新星爆炸形成中子星，还是具有较小质量以形成白矮星而不会成为超新星之间的界限。


一颗8到10个太阳质量的恒星通常形成一个由氧、镁和氖组成的核心。核心含有丰富的电子简并，这意味着在一个高密度核心中有丰富的电子，其能量足以维持核心免受重力的影响。一旦核心密度足够高，电子就会被镁消耗，然后被氖“吃掉”消耗，这也是在恒星核心内部发现的。过去的研究已经证实，一旦核心质量增长到接近钱德拉塞卡尔的极限质量，镁和氖就会开始吞吃电子，这个过程被称为电子捕获。


图示：艺术印象图展示了一条想象中的氖足球鱼是如何蚕食星恒星核心内的电子
但关于电子捕获是否会导致中子星的形成，一直存在争议。一个由多机构组成的研究小组，研究了一颗8.4倍太阳质量的恒星演化过程，并对其进行了计算机模拟，以找到答案。研究使用最新密度相关和温度相关的电子捕获率数据，模拟了恒星核心的演化，这是由电子简并对恒星自身引力压力的“抗拒”。由于镁和主要是氖吃掉了电子，电子数量减少，核心迅速缩小。


电子俘获也释放出热量，当堆芯中心密度超过10^10g/cm^3时，堆芯中的氧开始燃烧堆芯中心区域的物质，使它们变成铁、镍等铁族核。温度变得如此之高，以至于质子自由逃逸，然后电子变得更容易被自由质子和铁基原子核俘获，密度如此之高，以至于核心坍塌而不会产生热核爆炸。在新的电子捕获速率下，发现氧燃烧发生在稍微偏离中心的位置。然而，坍塌形成了一颗中子星，并导致了超新星爆炸，表明可能会发生电子俘获超新星。


图示：蟹状星云，1054年超新星的遗迹(SN1054；由中国、阿拉伯等古代天文学家观测到；Nomoto等人(1982)提出SN1054可能是由一颗初始质量约为太阳九倍的恒星电子俘获超新星造成。
在一定质量范围内，具有8到10个太阳质量的恒星，会由于恒星风质量的损失而形成由氧、镁、氖组成的白矮星。另一方面，如果恒星风的质量损失很小，恒星就会经历电子俘获超新星，就像上述在模拟中发现的那样。研究小组认为，电子捕获超新星可以解释1054年记录形成蟹状星云的超新星性质，其研究成果发表在《天体物理学》期刊上。


图示：(A)星核含有氧、氖和镁，一旦核心密度变得足够高；(B)镁和氖就开始吞噬电子并导致恒星坍塌；(C)然后氧气燃烧被点燃，并产生铁基原子核和自由质子，它们吞噬越来越多的电子，以促进核心的进一步坍塌；(D)最后，外层成超新星爆炸，坍塌的核心成为中子星。
博科园｜研究/来自：东京大学
参考期刊《天体物理学》
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