Urca-prosessi

Urca-prosessi (englanniksi Urca process) on tähden ytimen jäähtymismekanismi, joka tapahtuu neutriinoemission kautta. Urca-prosessi tapahtuu tähden kehityksen loppuvaiheessa ja siinä syntyy runsaasti energiaa mukanaan vieviä neutriinoja, vaikka aineen koostumus ei muutu. Urca-prosessia tapahtuu supernovaräjähdyksessä, jossa syntyy neutronitähti tai musta aukko. Urca-prosessin keksivät George Gamow ja Mario Schoenberg noin vuonna 1940.

Urca-prosessi tiiviissä tähdissä

Konvektiivinen urca-prosessi voi jäähdyttää valkoista kääpiötä hidastaen tämän räjähtämistä. Tällöin tähden keskellä sopivissa olosuhteissa tietty atomiydin (esim. natrium) absorboi elektronin muuttuen toiseksi atomiytimeksi (neon), sitten se siirtyy konvektiovirtauksen myötä tähden ulko-osiin ja emittoi elektronin muuntuen takaisin natriumiksi. Konvektiovirta palauttaa natriumin takaisin tähden keskelle. Aina, kun tässä syklimäisessä prosessissa atomiydin absorboi tai emittoi elektronin, syntyy neutriinoja, jotka voivat poistua tähdestä vieden mukanaan energiaa.

Urca-prosessin ensimmäinen reaktio on elektronisieppaus. Tähden keskellä atomiydin, jonka massaluku on A, absorboi elektronin $\scriptstyle e^{-}$ muuntaen protonin Z neutroniksi ja emittoiden neutriinon $\scriptstyle \nu _{e}$:

$(Z,A)+e^{-}\Rightarrow (Z-1,A)+\nu _{e}$.

Toisessa reaktiossa tähden ulko-osiin saapunut uusi atomiydin kokee beetahajoamisen, jossa neutroni muuntuu protoniksi vapauttaen elektronin ja antineutriinon $\scriptstyle {\vec {\nu }}_{e}$:

$(Z-1,A)\Rightarrow (Z,A)+e^{-}+{\vec {\nu }}_{e}$.

Kummassakin reaktiossa syntyy neutriino. Koska neutriino hyvin epätodennäköisesti vuorovaikuttaa muiden hiukkasten kanssa, se pääsee poistumaan tähdestä kuljettaen energiaa mukanaan. Tuloksena tähden energiamäärä pienenee ja se jäähtyy.

Degeneroituneessa elektronikaasussa Paulin kieltosääntö estää uusien elektronien synnyn, ja jälkimmäinen elektroneja synnyttävä reaktio estyy. Niinpä protonit muuttuvat neutroneiksi. Tästä johtuen alkaa muodostumaan neutroneista koostuvaa ainetta, joten Urca-prosessi liittyy neutronitähden syntyyn.

Yleisemmin hiukkasta (Z, A) vastaa baryoni (tässä B₁ ja B₂) ja elektronia leptoni (I).

$B_{1}\Rightarrow B_{2}+I+{\vec {\nu }}_{1}$

$B_{2}+I\Rightarrow B_{1}+\nu _{1}$

Nimityksen alkuperä

Tiedepiireissä kyseltiin, miksi tutkijat antoivat neutriinoja vapauttavalle ydinreaktiolle nimen Urca-prosessi. Ankaran painostuksen jälkeen prosessin keksijät kertoivat prosessin nimen alkuperän. Urca-prosessin nimitys tulee Rio de Janeirossa toimineesta pelikasinosta nimeltä Cassino da Urca, jossa prosessin keksijät vierailivat vapaa-aikoinaan huvittelemassa. Pelikasinossa kävi useimmiten niin, että miehet olivat sisään tullessaan samassa kunnossa kuin lähtiessään, paitsi että rahat olivat hävinneet pois samaan tapaan kuin energia Urca-prosessissa neutriinojen mukana. Schoenberg sanoi Gamowille energian häviävän supernovasta yhtä nopeasti kuin rahat rulettipöydässä. Kaiken lisäksi Gamowin tuntemassa eteläisen Venäjän kielessä urca tarkoittaa rosvoa. Huhuttiin Brasilian viranomaisten sulkeneen Urca-kasinon prosessin nimen tultua julkisuuteen.

Lähteet

• Tähtitieteen perusteet, 5. laitos, Hannu Karttunen ..., Ursa 2010, Ursan julkaisuja 119, WS Bookwell Oy:n kirjapaino Porvoo 2010, ISBN 978-9525329-82-7
• Mustaa aukkoa etsimässä, Raimo Keskinen Heikki Oja, Ursan julkaisuja 8, Ursa Espoo 1977, ISBN 951-9269-04-5