Введение к работе
з
Актуальность проблемы
За последние несколько десятилетий был сделан значительный шаг в понимании процессов синтеза химических элементов в массивных звездах, однако остались и нерешенные проблемы. Одна из наиболее старых — это синтез обедненных нейтронами стабильных изотопов, названных р-ядрами (иначе — обойденные ядра). Они не могут быть получены в процессах нейтронного захвата и последующего бета-распада, ответственных за синтез большинства стабильных ядер. Понимание физических механизмов, ответственных за синтез в веществе массивных звезд р-элементов в наблюдаемых количествах, помогло бы лучше описать и процессы, происходящие в звездах на разных стадиях их эволюции. Особенно это касается этапа взрыва сверхновой, в понимании которого до сих пор есть еще много неопределенностей. Кроме того, вопросом фундаментальной важности является знание и теоретическое описание ядерных реакций, ответственных за синтез элементов в звездах. Изучение нуклеосинтеза р-ядер может служить хорошим индикатором адекватности этих знаний реальным процессам нуклеосинтеза и стимулом дальнейших теоретических и экспериментальных исследований в этой области. Из-за относительно малой распространенности р-ядер их синтез в недрах звезд сильно зависит от величин скоростей протекания ядерных реакций. Следовательно, его изучение может, в принципе, потребовать уточнения этих скоростей или получения на эксперименте недостающих данных. Все вышесказанное свидетельствует об актуальности темы диссертации.
Цель диссертации
Цель работы — разработка и реализация универсальной теоретической схемы определения принципиальной возможности синтеза р-ядер при взрыве массивной сверхновой II типа, включающей новый подход к описанию гидродинамики ее взрыва.
Научная новизна и значимость работы
Научная новизна исследования заключается в следующем:
на основе теории размерности разработан новый способ определения закона распространения ударной волны по звезде. Для решения задачи нуклеосинтеза сформулирован новый подход к описанию гидродинамики взрыва сверхновой; выявлены ограничения в применимости часто используемой на практике экспоненциальной динамики расширения и охлаждения звездного вещества;
разработана принципиально новая теоретическая схема расчета процесса синтеза р-ядер во время вспышек массивных сверхновых II рода, учитывающая стадию предсверхновой, гидродинамику взрыва и все "традиционные" ядерные реакции в системе кинетических уравнений; важная роль отводится согласованности результатов расчетов абсолютных распространен-ностей не только р-, но и s-ядер;
впервые показано, что во взрывном синтезе одновременно р- и s-ядер невозможно получить полностью согласованные результаты, хотя концентрации большинства р-ядер могут быть получены в солнечных пропорциях.
Основные положения и результаты, выносимые на защиту
Теоретический подход, позволяющий рассчитывать динамику взрыва; его особенностью является включение предварительной стадии предсверхновой, использование гидродинамического подхода к описанию распространения ударной взрывной волны и методов теории размерности для оценки величин ключевых физических параметров взрыва.
Оценка роли вязкости среды для гидродинамики взрыва сверхновой и новые профили динамики расширения и охлаждения вещества, которые существенно отличаются от традиционно используемых экспоненциальных и имеют более широкие условия применимости.
Теоретическая схема расчета процесса синтеза р-ядер, включающая все наиболее вероятные ядерные реакции и учитывающая гидродинамику взрыва и стадию предсверхновой.
Результаты расчетов, показывающие, что при взрывах массивных сверхновых невозможно получить согласованные результаты по выходам как одновременно s- и р-ядер, так и самих р-ядер.
Вывод, что увеличение интенсивности s-процесса, протекающего на ква-
зиравновесной стадии центрального горения гелия массивной звезды, не приводит к устранению всех противоречий в согласовании абсолютных выходов s- и р-ядер после взрыва сверхновой.
Практическая значимость работы
Разработанный способ теоретического исследования гидродинамики взрыва позволяет наиболее полно проводить расчеты процесса нуклеосинтеза в массивных сверхновых. Он пригоден в любых областях звезды и позволяет изучать синтез не только р-ядер, но также и r-ядер. Разработанная общая схема анализа процесса взырвного нуклеосинтеза позволяет точно определить, какие р-ядра могут быть синтезированы в данной модели массивной сверхновой, а какие нет. Это, с одной стороны, может стимулировать построение реалистичных моделей массивных сверхновых и уточнение скоростей ядерных реакций, а с другой — поиск нетрадиционных механизмов синтеза проблемных р-ядер.
Личный вклад автора
Вывод всех основных формул, полученных в диссертации, и расчеты по ним проведены лично автором. Соискатель принимал участие в обсуждении полученных результатов.
Апробация результатов работы
Результаты работы докладывались и обсуждались на различных Международных конференциях (Ядро-2003, Москва, 2003; Ядро-2004, Белгород, 2004; Компьютерное моделирование электромагнитных процессов в физических, химических и технических системах, Воронеж;, 2005; Physics of Neutron Stars, St. Petersburg, 2005; Ядро-2006, Саров, 2006).
Публикации
