氖把電子“吃”了，導(dǎo)致恒星坍塌死亡！千里之堤，潰于蟻穴啊

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天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)大質(zhì)量恒星內(nèi)部的氖，可以“吃掉”消耗核心中的電子，這一過程被稱為電子俘獲，這一過程會(huì)導(dǎo)致恒星坍縮成中子星并產(chǎn)生超新星?？茖W(xué)家感興趣的是：研究質(zhì)量范圍在8到10個(gè)太陽質(zhì)量范圍內(nèi)的恒星最終命運(yùn)。這個(gè)質(zhì)量范圍很重要，因?yàn)樗ê阈鞘蔷哂凶銐虼蟮馁|(zhì)量以經(jīng)歷超新星爆炸形成中子星，還是具有較小質(zhì)量以形成白矮星而不會(huì)成為超新星之間的界限。

一顆8到10個(gè)太陽質(zhì)量的恒星通常形成一個(gè)由氧、鎂和氖組成的核心。核心含有豐富的電子簡并，這意味著在一個(gè)高密度核心中有豐富的電子，其能量足以維持核心免受重力的影響。一旦核心密度足夠高，電子就會(huì)被鎂消耗，然后被氖“吃掉”消耗，這也是在恒星核心內(nèi)部發(fā)現(xiàn)的。過去的研究已經(jīng)證實(shí)，一旦核心質(zhì)量增長到接近錢德拉塞卡爾的極限質(zhì)量，鎂和氖就會(huì)開始吞吃電子，這個(gè)過程被稱為電子捕獲。

圖示：藝術(shù)印象圖展示了一條想象中的氖足球魚是如何蠶食星恒星核心內(nèi)的電子

但關(guān)于電子捕獲是否會(huì)導(dǎo)致中子星的形成，一直存在爭(zhēng)議。一個(gè)由多機(jī)構(gòu)組成的研究小組，研究了一顆8.4倍太陽質(zhì)量的恒星演化過程，并對(duì)其進(jìn)行了計(jì)算機(jī)模擬，以找到答案。研究使用最新密度相關(guān)和溫度相關(guān)的電子捕獲率數(shù)據(jù)，模擬了恒星核心的演化，這是由電子簡并對(duì)恒星自身引力壓力的“抗拒”。由于鎂和主要是氖吃掉了電子，電子數(shù)量減少，核心迅速縮小。

電子俘獲也釋放出熱量，當(dāng)堆芯中心密度超過10^10g/cm^3時(shí)，堆芯中的氧開始燃燒堆芯中心區(qū)域的物質(zhì)，使它們變成鐵、鎳等鐵族核。溫度變得如此之高，以至于質(zhì)子自由逃逸，然后電子變得更容易被自由質(zhì)子和鐵基原子核俘獲，密度如此之高，以至于核心坍塌而不會(huì)產(chǎn)生熱核爆炸。在新的電子捕獲速率下，發(fā)現(xiàn)氧燃燒發(fā)生在稍微偏離中心的位置。然而，坍塌形成了一顆中子星，并導(dǎo)致了超新星爆炸，表明可能會(huì)發(fā)生電子俘獲超新星。

圖示：蟹狀星云，1054年超新星的遺跡(SN1054；由中國、阿拉伯等古代天文學(xué)家觀測(cè)到；Nomoto等人(1982)提出SN1054可能是由一顆初始質(zhì)量約為太陽九倍的恒星電子俘獲超新星造成。

在一定質(zhì)量范圍內(nèi)，具有8到10個(gè)太陽質(zhì)量的恒星，會(huì)由于恒星風(fēng)質(zhì)量的損失而形成由氧、鎂、氖組成的白矮星。另一方面，如果恒星風(fēng)的質(zhì)量損失很小，恒星就會(huì)經(jīng)歷電子俘獲超新星，就像上述在模擬中發(fā)現(xiàn)的那樣。研究小組認(rèn)為，電子捕獲超新星可以解釋1054年記錄形成蟹狀星云的超新星性質(zhì)，其研究成果發(fā)表在《天體物理學(xué)》期刊上。

圖示：(A)星核含有氧、氖和鎂，一旦核心密度變得足夠高；(B)鎂和氖就開始吞噬電子并導(dǎo)致恒星坍塌；(C)然后氧氣燃燒被點(diǎn)燃，并產(chǎn)生鐵基原子核和自由質(zhì)子，它們吞噬越來越多的電子，以促進(jìn)核心的進(jìn)一步坍塌；(D)最后，外層成超新星爆炸，坍塌的核心成為中子星。

博科園｜研究/來自：東京大學(xué)

參考期刊《天體物理學(xué)》

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