Por que a matéria permanece colapsada no núcleo, após uma explosão de supernova?

Após uma explosão de supernova, uma estrela pode se transformar em uma anã branca, uma estrela de nêutrons, um buraco negro ou apenas uma sobra estelar de poeira e gás.

Excluindo o último caso, por que e como a matéria central da estrela permanece em colapso, após um evento em que a matéria é estourada e espalhada no espaço?

Para "explodir algo", você precisa liberar mais energia do que a energia de ligação e ter uma maneira de capturar essa energia para que ela não possa escapar de outra maneira.

No centro de um colapso de núcleo, as supernovas são um raio de 10 km, bola de $1.4 M_{\odot}$ de (quase) nêutrons. Sua energia de ligação gravitacional é $\sim GM^2/R = 5\times 10^{46}$ J.

Isso é quase exatamente a quantidade de energia liberada pelo colapso do núcleo de um tamanho muito maior (isto é, a energia da supernova é gravitacional para começar) e, uma vez que parte dessa energia entra na dissociação dos núcleos de ferro e na produção de nêutrons (ambos endotérmicos). processos) e a maior parte do resto escapa sob a forma de neutrinos, então não pode haver energia suficiente para desvincular o núcleo. Apenas uma pequena fração (1%) dessa energia é transferida para o envelope da estrela original, que, como possui um raio muito maior (em pelo menos 5 ordens de magnitude), é suficiente para superar sua energia de ligação gravitacional e explodi-la. no espaço.

O caso de uma supernova do tipo Ia (uma anã branca explodindo) é bem diferente. Aqui, a fonte de energia não é o colapso gravitacional, mas a partir de uma detonação termonuclear de todo o carbono e oxigênio que compõe a anã branca, para formar elementos de pico de ferro. Esse processo exotérmico libera rapidamente energia suficiente para desvincular a estrela original (por exemplo, veja aqui ) e é completamente destruída.

O que falta nas explicações acima é o que realmente está acontecendo que causa qualquer tipo de explosão.

Vou roubar do xkcd para ajudar com isso:

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

E aqui está um artigo do Instituto Max Planck que fala em profundidade sobre a natureza do aspecto dos neutrinos:

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

Por fim, quando a estrela está em seus momentos de morte, ela começa a emitir neutrinos. Muitos neutrinos ... com muita energia. Agora, tenho certeza que você está pensando "o que isso faria ... eles não pesam muito em nada". Mas isso é literalmente como estar enterrado em um estádio de futebol com formigas ... há tantos neutrinos que empacotam tanta energia que literalmente fazem com que a matéria externa da estrela seja expelida para fora com energia grande o suficiente para afastá-la da gravidade bem da matéria restante.

Ah ... mas como permanece alguma questão? Como perto do centro, o poço de gravidade é mais profundo, e também perto do centro, qualquer partícula (núcleo / nêutron) está sendo bombardeada quase igualmente em todas as direções pelos neutrinos ... então o momento total efetivamente cancela a zero. Parte do assunto é movida um pouco ... mas cai bem na gravidade muito profunda.

Tenho certeza de que seria um espetáculo ... por um breve momento, antes que você fosse vaporizado por neutrinos (e toda a outra energia) pelo menos.

Encontrei a resposta no site da NASA

O colapso acontece tão rapidamente que cria enormes ondas de choque que fazem com que a parte externa da estrela exploda!

Isso significa que o núcleo sobrevive à explosão de alguma forma

Após uma explosão de supernova, o evento pode deixar um objeto compacto como uma estrela de nêutrons ou um buraco negro. O objeto ainda pode acumular materiais, como o acréscimo de fallback ou a estrela companheira. Se o objeto for uma estrela de nêutrons, ele poderá entrar em colapso em um buraco negro.

Observe que estrelas massivas na faixa de massa solar de 50-150 podem explodir em uma extremidade de supernova, sem deixar nenhum núcleo, por causa de uma coisa chamada "instabilidade de pares".

Em uma estrela, existem duas forças opostas que geralmente se equilibram. A gravidade é uma força que induz o colapso, enquanto a pressão da radiação das reações de fusão no interior resiste à tendência de colapso. Pequenas estrelas semelhantes ao sol, quando consumirem a maior parte do combustível hidrogênio, começarão a "queimar" o hélio e se tornarão gigantes vermelhas. Quando o hélio acabar, eles incharão suas camadas externas em uma nova e entrarão em colapso para formar uma anã branca do tamanho da Terra. Essas anãs brancas são incrivelmente densas e pesadas, porque a maior parte da massa da estrela original foi comprimida em um volume relativamente pequeno. O colapso adicional é resistido por uma força chamada pressão de degeneração de elétrons.

Estrelas muito maiores que o Sol continuarão fundindo elementos além do hélio, formando camadas de elementos sucessivamente mais pesados ​​até atingirem o ferro. A fusão de elementos além do ferro requer uma entrada de energia em vez de produzir qualquer, e os fogos nucleares se apagam, tão privados do apoio da pressão de radiação que as camadas externas da estrela colapsam, produzindo uma explosão de supernova. A pressão de degeneração eletrônica não é suficiente para evitar um colapso mais drástico do que ocorre com estrelas muito menores. De acordo com a massa da estrela em colapso, isso resultará na formação de uma estrela de nêutrons, que é como um núcleo atômico gigantesco de densidade incrível, com cerca de 10 quilômetros de diâmetro, mas que contém uma massa equivalente a vários de nossos sóis, ou entrará em colapso para formar uma singularidade de buraco negro na qual a matéria entra em um estado não totalmente compreendido pela ciência. A propósito, nosso sol tem 860.000 milhas de diâmetro.