Нейтринное охлаждение

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск

Нейтри́нное охлажде́ние — процесс охлаждения звёздных недр образующимися в них нейтрино, которые свободно уносят энергию из всего объёма ядра, так как звезда прозрачна для нейтрино низких энергий. Скорость такого объёмного нейтринного охлаждения, в отличие от классического поверхностного фотонного охлаждения, не лимитирована процессами переноса энергии из недр звезды к её фотосфере, поэтому такой механизм охлаждения весьма эффективен.

Существует несколько механизмов нейтринного охлаждения, осуществляющихся на различных стадиях эволюции звёзд.

Рассеяние фотонов на электронах[править | править исходный текст]

При высоких температурах и плотностях плазмы (как классической, так и с вырождением её электронной компоненты), характерном для ядер звёзд на поздних стадиях эволюции, возможно рассеяние фотонов на электронах с образованием нейтринно-антинейтринных пар.

Процессы с участием нуклонов (Урка-процесс)[править | править исходный текст]

Впервые механизм переноса энергии из ядер звёзд излучением нейтрино предложили Гамов и Шёнберг на примере трёхнуклонной системы. При температурах T ≈ 108 К становятся возможными следующие реакции:

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

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

Первая реакция — это распад ядра трития с энерговыделением ~18 кэВ, вторая, обратная реакция, идёт при энергиях электрона выше 18 кэВ. Но, как и в любых реакциях β-распада, как прямых, так и обратных, часть энергии уносится нейтрино и поэтому любые такие реакции в ядрах звёзд являются термодинамически неравновесными.

В случае нейтронизации вещества ядра звезды, например при образовании нейтронных звёзд и взрывах сверхновых, то есть низкой концентрации электронов возможны реакции:

n + n \to n + p + e^ -   + \tilde \nu

n + p + e^ -   \to n + n + \nu

Эти процессы чрезвычайно сильно зависят от температуры, энергопотери Q \sim T^6 и начиная уже с T ≈ 5·108 К нейтринное излучение звезды превышает её фотонное излучение. В беседе с Гамовым Шёнберг заметил, что благодаря этим процессам «энергия исчезает из ядра сверхновой так же стремительно, как исчезают деньги при игре в рулетку», и этот механизм нейтринного охлаждения по предложению Гамова получил название урка-процесс — в честь казино «Урка» (Casino-da-Urca), находящегося в Рио-де-Жанейро, в котором произошла встреча Гамова с Шёнбергом.[1]

Процессы с участием позитронов[править | править исходный текст]

При температурах выше T ≈ 1010 К начинается рождение электрон-позитронных пар и начинают эффективно идти процессы:

e^ +   + n \to p + \tilde \nu и

e^ +   + e^ -   \to \nu  + \tilde \nu

Вероятность аннигиляции электрон-позитронных пар с образованием пар нейтрино-антинейтрино значительно ниже, чем вероятность аннигиляции с образованием пар гамма-квантов, однако последний процесс, в отличие от первого, термодинамически равновесен и не влияет на вероятность аннигиляции с образованием пар нейтрино-антинейтрино. В таких условиях зависимость энергопотерь от температуры ещё выше: Q \sim T^9.

Нейтринное охлаждение в эволюции звёзд[править | править исходный текст]

На поздних стадиях эволюции звёзд нейтринное охлаждение может играть решающую роль, поскольку при этом достигаются высокие температуры, и нейтрино эффективно отводит энергию из их центральных областей. Нейтринное охлаждение вносит существенный вклад в механизмы таких процессов, как гелиевые вспышки, углеродная детонация, быстрое охлаждение белых карликов и нейтронных звёзд и взрывов сверхновых.

Примечания[править | править исходный текст]

  1. Дж. Гамов. Моя мировая линия: неформальная автобиография. — М.: Наука, 1994. (My World Line: An Informal Autobiography. N.Y.: Viking Press, 1970).

См. также[править | править исходный текст]

Литература[править | править исходный текст]