§4恒星的热核演化.ppt

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1、§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)太阳地球半径6370km平均密度：<1g/cm3太阳状况太阳中心：Tc1.5107Krc(50-100)g/cm3化学成分：H:X≈0.68He:Y≈0.30C,N,O以上重元素:Z≈0.02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。41H4He由Einstein的质量-能量关系式(E=Mc2)DMc2={4M(1H)–M(4He)}c2=2

2、6.73MeV同时释放26.73MeV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:41H4He1.PP反应链----Tc<1.6107K小质量恒星<1.1M⊙对太阳,稳定

3、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<1.1M⊙)主序星的氢燃烧(pp-ν)99.75%0.25%14%86%0.15%99.85%太阳——强大的中微子源源反应简称中微子能量E(MeV)性质极大能量平均能量中微子流量(理论预言)(在地球处每秒穿过1米2面积的太阳中微子数目)1H+1H2D+e++e低能(pp)中微子连续0.4200.2657Be+e-7Li+e中能(7Be)中微子分立0.86(90%)0.38(10%)8B8Be+e++e高能(8B)中微子连续147.

4、2从太阳发射出来的中微子主要是低能中微子。中能中微子的流量只占低能中微子流量的1/20。高能中微子流量只有低能中微子流量的三十万分之一。中微子流量理论预言取自文献:J.Bahcall,ApJ,2001,555,990-1012。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

5、的地下废矿井中,采用455m3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，Pontecor

6、vo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

7、距离可能只有10m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(1.5×108km)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107K)中，大质量(M>1.1M⊙)恒星的氢燃烧20Na0.446sNe-Na循环(p,)18Ne19Ne20Ne(p,)1.675s17.3s+17F18F19F64.5s109.8m

8、14O15O16O17O18O70.6s122s13N14N15NAZ稳定核素9.96mAY放射性核素1/212C13C恒星的赫罗图(HR（Hertzplung-Russal)图恒星的一生就是