Neutrinové chlazení

Chlazení neutrin je proces ochlazování vnitřků hvězd v nich vytvořenými neutriny , která volně odvádějí energii z celého objemu jádra, protože hvězda je pro nízkoenergetická neutrina průhledná. Rychlost takového hromadného ochlazování neutrin, na rozdíl od klasického povrchového ochlazování fotonů , není omezena procesy přenosu energie z nitra hvězdy do její fotosféry , takže tento chladicí mechanismus je velmi účinný.

Existuje několik mechanismů ochlazování neutrin, které se odehrávají v různých fázích vývoje hvězd .

Rozptyl fotonů elektrony _

Při vysokých teplotách a hustotách plazmatu (jak klasických, tak s degenerací jeho elektronických součástí), které jsou charakteristické pro jádra hvězd v pozdních fázích vývoje, mohou být fotony rozptylovány elektrony za vzniku párů neutrino - antineutrino .

Procesy zahrnující nukleony (proces urca)

Gamow a Schoenberg poprvé navrhli mechanismus přenosu energie z jader hvězd zářením neutrin na příkladu třínukleonového systému. Při teplotách T ≈ 10 8 K jsou možné následující reakce:

{}^{3}{\text{H}}\to {}^{3}{\text{He}}+e^{-}+{\tilde {\nu )),

{}^{3}{\text{He}}+e^{-}\to {}^{3}{\text{H}}+\nu .

První reakcí je rozpad jádra tritia s uvolněním energie ~18 keV , druhá, reverzní reakce, nastává při energiích elektronů nad 18 keV . Ale jako u všech reakcí β-rozpadu, přímých i reverzních, část energie je unášena neutriny , a proto jsou takové reakce v jádrech hvězd termodynamicky nerovnovážné .

V případě neutronizace hmoty jádra hvězdy, například při vzniku neutronových hvězd a výbuchů supernov , tedy při nízké koncentraci elektronů , jsou možné reakce:

n+n\to n+p+e^{-}+{\tilde {\nu )),

n+p+e^{-}\to n+n+\nu .

Tyto procesy jsou extrémně závislé na teplotě, ztrátě energie a, počínaje T ≈ 5⋅10 8 K, neutrinové záření hvězdy převyšuje její fotonové záření. V rozhovoru s Gamowem Schoenberg poznamenal, že díky těmto procesům „energie mizí z jádra supernovy tak rychle, jako mizí peníze při hraní rulety“ a tento mechanismus chlazení neutrin byl na návrh Gamowa nazván procesem Urka. - na počest kasina Urka ( Cassino da Urca ), které se nachází v Rio de Janeiru , ve kterém se Gamow setkal se Schoenbergem. [jeden] $Q\sim T^{6}$

Procesy zahrnující pozitrony

Při teplotách nad T ≈ 10 10 K začíná tvorba elektron - pozitronových párů a procesy

e^{+}+n\to p+{\tilde {\nu }}

e^{+}+e^{-}\to \nu +{\tilde {\nu )).

Pravděpodobnost anihilace párů elektron - pozitron se vznikem párů neutrino - antineutrino je mnohem nižší než pravděpodobnost anihilace se vznikem párů gama kvant, nicméně druhý proces je na rozdíl od prvního termodynamicky rovnovážný a není ovlivnit pravděpodobnost anihilace s tvorbou párů neutrino - antineutrino . Za takových podmínek je závislost energetických ztrát na teplotě ještě vyšší: . $Q\sim T^{9}$

Chlazení neutrin ve vývoji hvězd

V pozdních fázích vývoje hvězd může hrát rozhodující roli ochlazování neutrin, protože v tomto případě jsou dosahovány vysoké teploty a neutrina účinně odvádějí energii ze svých centrálních oblastí. Chlazení neutrin významně přispívá k mechanismům takových procesů, jako jsou héliové záblesky , detonace uhlíku , rychlé ochlazení bílých trpaslíků a neutronových hvězd a výbuchy supernov .

Poznámky