Explosões de colapsos de estrelas muito massivas em rotação até buracos negros: efeitos da queima nuclear

Investigamos o colapso de núcleos estelares muito massivos e supermassivos em rotação usando simulações de relatividade numérica, incluindo uma rede de reação nuclear de cadeia alfa e resfriamento de neutrinos. Nossa pesquisa principal se concentra em modelos recém-construídos com massas centrais iniciais de $2 \times {10}^{3}-5\times 10^4M_\odot$.

O colapso é desencadeado pela instabilidade do par em núcleos de massa mais baixa ou pela instabilidade relativística geral em núcleos de massa mais alta. Descobrimos que os núcleos de maior massa sofrem um colapso quase homólogo, enquanto os núcleos de menor massa apresentam um colapso mais descontrolado porque o resfriamento dos neutrinos se torna mais eficiente em suas densidades e temperaturas mais altas.

Consequentemente, o buraco negro formado em modelos de menor massa contém inicialmente uma fração menor da massa do núcleo, e a formação do disco ocorre enquanto uma maior quantidade de matéria permanece fora do buraco negro. A menor compactação dos núcleos pares instáveis ​​também permite maior momento angular adimensional, favorecendo a formação de buracos negros em rotação rápida e discos massivos.

O salto do disco impulsiona a ejeção de massa com massas ejetadas de ordem $10-10^3M_\odot$ e energias cinéticas de ordem $10^{53}-10^{55}\, \mathrm{erg}$. A produção significativa de $^{56}$Ni no material ejetado do disco saltado ocorre apenas nos modelos de menor massa.

Para modelos selecionados, acompanhamos ainda a evolução viscosa do disco e descobrimos que a viscosidade aumenta a massa ejetada e a energia cinética. Em modelos com $\lesssim10^4M_\odot$, o material ejetado impulsionado pela viscosidade pode se originar da matéria do disco que atingiu o equilíbrio estatístico nuclear e pode, portanto, tornar-se rico em $^{56}$Ni.

Estes resultados sugerem que colapsos estelares muito massivos em rotação podem produzir material ejetado massivo e energético e, para massas centrais suficientemente baixas, elementos substanciais do grupo do ferro.

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