Formação de grãos de grafite pré-solar de tamanho mícron em material ejetado de supernova de baixa energia

Grãos de grafite pré-solares com assinaturas isotópicas de supernova fornecem evidência direta de que grandes grãos de grafite se formaram em material ejetado de supernova. No entanto, cálculos teóricos da formação de poeira em supernovas normalmente previram grãos de grafite menores que $0, 1\, {\rm μm}$, deixando pouco claras as condições físicas necessárias para formar esses grãos com raios da ordem $1\, {\rm μm}$.

Investigamos sistematicamente a nucleação e o crescimento da grafite no material ejetado de supernova em expansão, variando a energia da explosão, a massa do material ejetado, o raio inicial do material ejetado e a massa $^{56}$Ni ejetada. Usamos um modelo simplificado de zona única que segue a evolução da temperatura e da densidade, incluindo resfriamento adiabático, resfriamento radiativo e aquecimento por níquel radioativo.

Mostramos que o tamanho final do grão de grafite é determinado principalmente pelo produto da densidade mássica do carbono atômico disponível para o crescimento do grão e a escala de tempo de resfriamento local, ambos avaliados a uma temperatura de referência de $2000\, {\rm K}$.

Nossos modelos mostram que o crescimento da grafite é favorecido por menor energia de explosão, maior massa de material ejetado e menor raio inicial de material ejetado, que mantêm o gás mais denso próximo à temperatura de condensação de grafite.

Quando o aquecimento radioativo e o resfriamento radiativo são incluídos, explosões com $E_{\rm exp}\sim10^{50}\, {\rm erg}$ e $M_{\rm Ni}\lesssim10^{-3}\, M_\odot$ podem formar $1$-$10\, μ{\rm m}$ grãos de grafite na camada de hélio ejetado ou núcleo de carbono-oxigênio, enquanto.

Esses resultados sugerem que a grafite de supernova pré-solar de tamanho mícron se forma preferencialmente em explosões fracas semelhantes a supernovas com baixas energias de explosão, pouco níquel ejetado e camada de hélio ou material ejetado do núcleo de carbono-oxigênio.

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