Введение

Химический процесс горения с кислородом. Набор реакций ядерного синтеза. Процесс горения кислорода — это набор реакций ядерного синтеза, происходящих в массивных звездах, исчерпавших более легкие элементы в своих ядрах. Процессу горения кислорода предшествует процесс горения неона, а затем — процесс горения кремния. По завершении процесса горения неона ядро звезды сжимается и нагревается до температуры воспламенения кислорода. Реакции горения кислорода аналогичны реакциям горения углерода, однако они должны происходить при более высоких температурах и плотностях из-за большего кулоновского барьера кислорода.

Предокислородное сжигание

Хотя 16O легче неона, горение неона происходит раньше горения кислорода, потому что 16O является ядром с двойной магической структурой и, следовательно, чрезвычайно стабильным. По сравнению с кислородом, неон гораздо менее стабилен. В результате, горение неона происходит при более низких температурах, чем 16O + 16O. Во время горения неона кислород и магний накапливаются в ядре звезды. К началу горения кислорода кислород в звездном ядре присутствует в большом количестве благодаря процессу горения гелия (4He(2α,γ)12C(α,γ)16O), процессу горения углерода (12C(12C,α)20Ne, 12C(α,γ)16O) и процессу горения неона (20Ne(γ,α)16O). Реакция 12C(α,γ)16O оказывает значительное влияние на скорости реакций во время горения кислорода, поскольку она производит большое количество 16O.

Конвективно ограниченные пламя и отстраненное от центра кислородное зажигание

Для звёзд с массой больше 10,3 солнечных масс кислород воспламеняется в ядре или не воспламеняется вовсе. Аналогично, для звёзд с массой менее 9 солнечных масс (без аккреции дополнительной массы) кислород воспламеняется в ядре или не воспламеняется вовсе. Однако в диапазоне масс от 9 до 10,3 солнечных масс кислород воспламеняется не в центре. Для звёзд в этом диапазоне масс неоновое горение происходит в конвективной оболочке, а не в ядре звезды. В качестве конкретного примера звезды с массой 9,5 солнечных масс, процесс горения неона происходит в оболочке приблизительно 0,252 солнечных масс (~1560 километров) от центра. От вспышки зажигания неонная конвективная зона простирается до 1,1 солнечных масс с пиковой мощностью около 10<sup>36</sup> Вт. Лишь через месяц мощность снижается примерно до 10<sup>35</sup> Вт и остаётся на этом уровне около 10 лет. После этой фазы неон в оболочке истощается, что приводит к увеличению давления на звезду. Это повышает температуру оболочки до 1,65 миллиарда кельвинов. В результате возникает конвективно связанный фронт неонового пламени, который движется к ядру. Движение пламени в конечном итоге приводит к воспламенению кислорода. Примерно через 3 года температура пламени достигает около 1,83 миллиарда кельвинов, что позволяет начаться процессу горения кислорода. Это происходит примерно за 9,5 лет до формирования железного ядра. Подобно началу горения неона, горение кислорода начинается с новой вспышки. Конвективно горящее пламя затем возникает как от неона, так и от кислорода по мере его продвижения к ядру, при этом оболочка, в которой горит кислород, непрерывно уменьшается в массе.

Потери нейтрино

Во время процесса горения кислорода потери энергии на эмиссию нейтрино становятся существенными. Из-за значительных потерь энергии кислород должен гореть при температурах выше миллиарда кельвинов, чтобы поддерживать радиационное давление, достаточное для противодействия гравитации. Более того, реакции (производящие нейтрино) становятся важными при достаточно высокой плотности вещества (ρ > 2 × 107 г/см³). В результате этих факторов, временной масштаб горения кислорода значительно короче для массивных, плотных звезд.

Взрывная кислородная горючесть

Процесс горения кислорода может происходить в гидростатических и взрывных условиях. Продукты взрывного горения кислорода аналогичны продуктам гидростатического горения кислорода. Однако стабильное горение кислорода сопровождается множеством захватов электронов, а взрывное горение кислорода – значительно большим количеством реакций фотодизинтеграции. В температурном диапазоне (3–4)×109 K фотодизинтеграция и синтез кислорода происходят со сравнимыми скоростями реакций.

Сверхновые с парами нестабильности

Очень массивные звёзды популяции III (140–260 солнечных масс) могут стать нестабильными во время горения кислорода в ядре из-за образования пар. Это приводит к термоядерному взрыву, который полностью разрушает звезду.