§4恒星的热核演化[精选].ppt

§1. 恒星的热核演化 §4.1 主序星的热核燃烧 太阳 太阳内部主要热核反应— PP反应链(H-燃烧) 太阳中微子问题 CNO循环(中、大质量主序星内部H-燃烧) 太阳状况 太阳能源 ?从很远处看, 太阳是一个黄色的矮星。 太阳中心区域内持续不断地发生着热核燃烧。 4 1H ? 4He 由Einstein 的质量-能量关系式(E = Mc2) DMc2 = {4 M(1H) – M(4He)}c2 = 26.73 MeV 同时释放26.73 MeV的能量。 (续) 太阳内部每秒钟都有7,750万吨的氢在这种热核爆炸过程中转化为氦, 正是由于这种热核燃烧维持着太阳巨大的光度。 太阳内部的热核燃烧已经持续了45亿年， 估计它还可以这样稳定地再燃烧50亿年左右。 在恒星世界中太阳是一个普通的恒星。 恒星内部热核燃烧与演化 一颗恒星的演化史本质上就是它内部核心区域的 热核(燃烧)演化史。大质量恒星演化进程将先后经 历一系列热核燃烧阶段: H燃烧 (稳定核燃烧, 主序星): 核合成主要结果: 4 1H ? 4He 1. PP反应链---- Tc 1.6?107 K 小质量恒星 1.1 M⊙ 对太阳, 稳定燃烧 100亿年 太阳内部主要热核反应—强大的中微子源 pp链:氢(质子)合成氦(α粒子) — 小质量(M 1.1 M⊙)主序星 的氢燃烧 太阳——强大的中微子源 Davis中微子探测实验 由于中微子能谱差异及某些技术原因，按照上述方法, Davis于1954年未能探测到太阳中微子流。 早在中微子尚未被实验证实之前的1946年, 意大利物理 学家B. Pontecorvo就提出了利用一种 “氯探测器”来 探测太阳中微子的建议。 1958-1968年间，在美国南达科他州Homestake这个 地点的地下废矿井中,采用 455 m3的C2Cl4作为探测材 料, Davis利用放射性化学方法建立了一个大型的中微 子探测器 — 氯探测器。 1968年公布了第一批探测结果: 探测到的太阳中微子流量 只有理论预言流量的1/3 —— 轰动全世界。 中微子振荡理论(非标准理论) 按照中微子的标准模型，中微子的质量为零，它们以光速运动。存在着３种不同类型(即３种味)的中微子：电子中微子(ve)、m中微子(vμ)和t中微子(vτ)，它们之间彼此不相关，分别只同电子、m轻子和t轻子密切相关。 早在Davis准备筹建Homestake的太阳中微子探测器的1958年，Pontecorvo就曾猜测过中微子同反中微子之间出现互相转化的可能性。 1962年，日本研究小组提出e中微子同m中微子之间存在着互相转换的可能性。 正当Davis等人公布首批氯探测器探测结果的1968年，Pontecorvo也就提出了这３种味的中微子很有可能互相来回地转化，称为“中微子振荡”。 在太阳内部的热核燃烧过程中产生的中微子都是ve 。但在从太阳到地球的漫长行进过程中，ve不断地转化为vμ(很少一部分可能转化为vt)，而vμ或者转化为原来的ve，或者转化为vτ，而vτ也不断转化为vμ(一小部分可能转化为ve)。在飞行过程中明显数量的ve转变为vμ的典型距离可能只有10 m左右。 从太阳内部热核反应产生的电子中微子在飞行目地空间距离(1.5×108 km)之后，当它们到达地球上的中微子探测器时，平均而言，大约这３味中微子的数量各占 1/3。 前面介绍的所有建立在放射性化学方法基础上的（氯、镓）中微子探测器探测的都仅仅只是ve ，因而它们的实测流量当然只有太阳内部发出时的ve 流量的 1/3。 CNO循环(Tc 2 ?107 K)中，大质量(M 1.1 M⊙)恒星的氢燃烧 20Na 0.446s Ne-Na循环 (p, ?)