Tại sao các ngôi sao trở thành người khổng lồ đỏ?

Tuyên bố miễn trừ trách nhiệm: Tôi không phải là nhà thiên văn học nghề nghiệp. Tôi không sở hữu một chiếc kính thiên văn. Tôi không có thông tin chuyên môn. Nhưng tôi thấy công cụ này hấp dẫn và tôi tiêu thụ tất cả các tài liệu thiên văn học mà tôi có thể.

Vì vậy, tôi đã xem rất nhiều phim tài liệu mô tả sự tiến hóa của sao. Tôi hiểu rằng dưới một ngưỡng nhất định, cái chết của sao không liên quan đến siêu tân tinh. Tôi hiểu rằng trên ngưỡng đó, siêu tân tinh có thể tạo ra các sao neutron, nam châm hoặc (nếu siêu tân tinh đủ điều kiện là một siêu đen).

Tuy nhiên, trong một thời gian dài, tôi đã tò mò về lý do tại sao các ngôi sao dưới ngưỡng siêu tân tinh giống như Sun Sun của chúng ta lại trở thành Người khổng lồ đỏ.

Từ phim tài liệu, tôi đã được hướng dẫn rằng (đối với các ngôi sao dưới ngưỡng siêu tân tinh), khi phản ứng tổng hợp của lõi sao không thể tiếp tục hợp hạch, và ngôi sao bắt đầu sụp đổ dưới lực hấp dẫn.

Khi trọng lực nghiền nát ngôi sao, tôi hiểu rằng ngôi sao nóng lên khi trọng lực nghiền nát nó. Kết quả là, mặc dù lõi sao vẫn còn chết chết (không xảy ra phản ứng tổng hợp), một lớp vỏ khí đốt của xung quanh lõi sao trở nên đủ nóng để bắt đầu nung chảy heli. Vì phản ứng tổng hợp xảy ra khi lớp vỏ của người Viking xung quanh lõi sao, lực đẩy ra ngoài từ phản ứng tổng hợp là thứ đẩy các lớp bên ngoài của ngôi sao đi xa hơn. Kết quả là ngôi sao phát triển thành Người khổng lồ đỏ.

Câu hỏi của tôi là thế này: chấm dứt hợp Tại sao trong lõi ?! Dường như đối với tôi, khi trọng lực đè bẹp ngôi sao, phản ứng tổng hợp sao sẽ ngự trị trong lõi chính nó không nằm trong một quả cầu xung quanh lõi. Tại sao lõi sao vẫn còn chết chết trong khi vỏ của nó bắt đầu hợp nhất ???

(Điều này có phần đơn giản hóa nhưng tôi hy vọng nó có ý tưởng xuyên suốt.)

Các phản ứng dừng lại trong lõi vì hết nhiên liệu. Trong chuỗi chính, ngôi sao được hỗ trợ bởi phản ứng tổng hợp hydro thành helium. Cuối cùng, hydro hết ở trung tâm, do đó phản ứng tổng hợp hydro không còn có thể ở đó.

Tại sao nó không bắt đầu hợp nhất helium thành carbon ngay lập tức? Đó là bởi vì lõi chưa đủ nóng hoặc dày đặc. Các phản ứng khác nhau phụ thuộc rộng rãi vào sự hiện diện của các trạng thái cộng hưởng khác nhau trong hạt nhân và, trong trường hợp helium, trạng thái như vậy không thể đạt được thường xuyên đủ cho đến khi nhiệt độ lõi khoảng kelvin.$10^8$

Để có được sức nóng đó, cốt lõi phải co lại và nóng lên. Cuối cùng nó cũng xảy ra (nếu ngôi sao đủ lớn) nhưng nó không xảy ra tức thời. Hãy nhớ rằng khí vẫn nóng và ở áp suất cao, nó tác động lên chính nó và môi trường xung quanh.

Trong khi đó, ở rìa của lõi, ngôi sao (một phần là kết quả của sự co nói) là đủ nóng để biến hydro thành heli, vì vậy nó làm như vậy. Đây chính xác là lớp vỏ đốt hạt nhân giúp phân biệt cấu trúc bên trong của một người khổng lồ đỏ.

Vì vậy, có thể nghĩ về nó theo cách này. Hãy tưởng tượng một ngôi sao ở cuối dãy chính. Nơi nào đủ nóng để hợp nhất hydro thành helium? Ở khắp mọi nơi cho đến mép của lõi! Liệu nó hợp nhất trong lõi? Không, vì nó hết nhiên liệu. Vậy nó hợp nhất ở đâu? Ở rìa của lõi, mà chúng tôi nhận ra là vỏ.

$M\sim1.4M_{sun}$

$dU = - \frac{GM(r)dm}{r}$

đến lượt nó có thể được chuyển thành nhiệt.

$10^7 K$$(1)$$(2)$). Vỏ vẫn còn đủ hydro và đương đại đủ sâu bên trong ngôi sao (có nghĩa là nhiệt độ cao), để cho phép phản ứng tổng hợp hạt nhân của hydro. Nếu ngôi sao có khối lượng lớn hơn, nhiều thứ có thể xảy ra, như hợp hạch lõi nặng hơn và càng ngày càng nhiều vỏ.

Hãy xem những điều này: Ref 1 , Ref 2 .

Ref 3 cho một số số quá.

Để hiểu một cách cơ bản hơn, sẽ rất hữu ích khi nhận ra những khó khăn khi hợp nhất He-4 thành C-12. Đây được gọi là quá trình Triple-Alpha.

Khi hai hạt nhân He-4 (hạt alpha) có đủ năng lượng để vượt qua hàng rào Coulomb và có các mặt cắt ngang của chúng thẳng hàng, nó tạo ra Be-8. Hạt nhân Be-8 rất không ổn định (do nó thuận lợi về mặt năng lượng cho các hạt nhân chủ thể được sắp xếp thành hai hạt alpha) nên nó có chu kỳ bán rã khoảng 10 ^ -17 giây rất ngắn. Do đó, để tạo ra C-12, ba hạt alpha phải kết hợp với nhau gần như ngay lập tức, hai hạt tạo ra Be-8 và trong ngưỡng nửa đời đó, một tương tác thứ ba.

Hãy dành một chút thời gian để suy nghĩ về các điều kiện cực đoan của lõi phải như thế nào để cho phép xác suất ba hạt alpha kết hợp với nhau và tương tác thành công gần như ngay lập tức và để nó xảy ra đủ thời gian để tạo ra năng lượng cần thiết để đưa lõi ra khỏi sự thoái hóa . Phản ứng tổng hợp helium mất khoảng 100 triệu K để bắt đầu so với 15 triệu K của lõi mặt trời (trải qua chuỗi proton-proton cho khoảng 99% phản ứng) vào thời điểm hiện tại. Nhiệt độ này được cung cấp cả bởi áp lực đáng kinh ngạc của lõi thoái hóa và năng lượng bổ sung được cung cấp bởi vỏ.

Sự hợp nhất vỏ bắt đầu trước quá trình ba-alpha vì khi lõi bị co lại và bị thoái hóa, có rất nhiều năng lượng được tỏa ra từ lõi đến mức làm nóng các lớp xung quanh ngay lập tức đến mức có thể bắt đầu hợp nhất H-to-He, trong thực tế, nó nóng đến mức hợp nhất vỏ là do chu trình CNO.

Các lớp bên ngoài của ngôi sao mở rộng nhanh chóng vì có một lượng năng lượng khổng lồ được tỏa ra từ lớp vỏ này, nó đang nóng chảy ở nhiệt độ nóng hơn nhiều so với lõi ngày nay.

Tôi nghĩ rằng bạn giống tôi và cần nhiều câu trả lời của giáo dân. Nếu bạn muốn một lời giải thích hay, dễ hiểu về những gì xảy ra, hãy xem "Sự hình thành và tiến hóa của hệ mặt trời" trong Wikipedia, sau đó nhấp vào 5.3 (Mặt trời và môi trường hành tinh). Mặt trời sẽ thực sự mở rộng gấp đôi: Một lần khi lõi bị nóng do phản ứng tổng hợp hydro tăng tốc (vì lõi của mặt trời nóng hơn thì hydro cháy nhanh hơn) khiến hydro trong vỏ xung quanh lõi bắt đầu hợp nhất (phản ứng tổng hợp hydro trong vỏ này là cái gì đẩy các lớp bên ngoài ra khoảng 1AU). Rồi sau chừng 2 tỷ năm. Lõi đạt đến mật độ / nhiệt độ tới hạn (do lượng helium tăng lên) mà helium bắt đầu hợp nhất thành carbon. Tại thời điểm này, có một "đèn flash" helium và mặt trời co lại xuống khoảng 11 lần kích thước ban đầu của nó. Heli trong lõi hợp nhất với carbon trong khoảng 100 triệu năm cho đến khi điều tương tự xảy ra (ngoại trừ lần này hydro và helium trong vỏ xung quanh lõi bắt đầu hợp nhất khiến các lớp bên ngoài mở rộng trở lại. Sau khi helium bắt đầu được sử dụng. (hoặc "ô nhiễm" với carbon đủ để ngăn chặn quá trình hợp hạch) và không có đủ khối lượng để bắt đầu phản ứng tổng hợp carbon mà một tinh vân hành tinh bị đẩy ra và ngôi sao bắt đầu "chết".

Tôi đề nghị bạn đọc này bài viết về http://www.space.com/ .

Trích dẫn từ nó:

Hầu hết các ngôi sao trong vũ trụ là các ngôi sao theo trình tự chính - những ngôi sao chuyển đổi hydro thành helium thông qua phản ứng tổng hợp hạt nhân. Một ngôi sao dãy chính có thể có khối lượng từ một phần ba đến tám lần so với mặt trời và cuối cùng đốt cháy hydro trong lõi của nó. Trong suốt cuộc đời của nó, áp lực bên ngoài của phản ứng tổng hợp đã cân bằng với áp lực bên trong của trọng lực. Khi phản ứng tổng hợp dừng lại, trọng lực sẽ dẫn đầu và nén ngôi sao nhỏ hơn và chặt hơn.

Nhiệt độ tăng theo sự co lại, cuối cùng đạt đến mức mà helium có thể hợp nhất thành carbon. Tùy thuộc vào khối lượng của ngôi sao, quá trình đốt helium có thể giảm dần hoặc có thể bắt đầu bằng đèn flash nổ. Năng lượng được tạo ra từ phản ứng tổng hợp helium khiến ngôi sao mở rộng ra bên ngoài gấp nhiều lần kích thước ban đầu của nó.

EDIT: Wikipedia cung cấp một số cái nhìn sâu sắc hơn:

Khi ngôi sao cạn kiệt nhiên liệu hydro trong lõi của nó, các phản ứng hạt nhân không còn có thể tiếp tục và do đó lõi bắt đầu co lại do lực hấp dẫn của chính nó. Điều này đưa hydro bổ sung vào một khu vực nơi nhiệt độ và áp suất đủ để khiến phản ứng tổng hợp tiếp tục trong một lớp vỏ bao quanh lõi. Nhiệt độ cao hơn dẫn đến tăng tốc độ phản ứng, đủ để tăng độ sáng của ngôi sao lên gấp 1.000 lần 10.000.000. Các lớp bên ngoài của ngôi sao sau đó mở rộng đáng kể, do đó bắt đầu giai đoạn khổng lồ đỏ trong cuộc đời của ngôi sao.

Câu hỏi của tôi là: Tại sao hợp hạch ngừng lại trong lõi?! Dường như đối với tôi, khi trọng lực đè bẹp ngôi sao, phản ứng tổng hợp sao sẽ ngự trị trong lõi chính nó không nằm trong một quả cầu xung quanh lõi. Tại sao lõi sao vẫn còn chết chết trong khi vỏ của nó bắt đầu hợp nhất ???

Mặt trời của chúng ta là khoảng một nửa trong "trình tự chính" hoặc giai đoạn nung chảy hydro. Sự kết hợp trong lõi của một ngôi sao là một phần của trạng thái cân bằng động của nó .

• Trường hấp dẫn của ngôi sao (được tạo ra bởi khối lượng của nó) có xu hướng nén khối lượng của nó về phía lõi. Vật chất càng nén, nó càng nóng.

• Sự giải phóng năng lượng được tạo ra bởi sự hợp nhất của các yếu tố ở lõi có xu hướng phân tán vật chất ra khỏi lõi. Sự phân tán vật chất từ ​​lõi có xu hướng làm giảm nhiệt độ của nó.

Kích thước của một ngôi sao sau đó, ít nhất là một phần, bởi trạng thái cân bằng động được hình thành tại đó các lực nén hấp dẫn bằng với các lực giãn nở do nhiệt hạch tạo ra. Đây được gọi là trạng thái cân bằng thủy tĩnh của một ngôi sao .

Lượng năng lượng được giải phóng trên cơ sở khối lượng giảm dần khi các yếu tố nặng hơn được hợp nhất. Phần lớn năng lượng được giải phóng để nung chảy hydro, ít hơn được giải phóng bằng cách nung chảy heli, v.v. Cuối cùng, một điểm đạt được (phản ứng tổng hợp sắt) mà tại đó lượng năng lượng cần thiết để hợp nhất các nguyên tố lớn hơn năng lượng được giải phóng bởi phản ứng tổng hợp. Lõi sắt của những ngôi sao như vậy được cho là "không nung chảy" bởi vì nếu lõi được nung nóng đến nhiệt độ để cho phép phản ứng tổng hợp sắt, không đủ năng lượng sẽ được giải phóng khỏi phản ứng để duy trì nhiệt độ.

Tại thời điểm này, ngôi sao ngày càng không thể duy trì trạng thái cân bằng thủy tĩnh, ngay cả khi nó ngưng tụ khối lượng. Điều gì xảy ra tiếp theo phụ thuộc vào mức độ lớn của ngôi sao và liệu trường hấp dẫn của nó có đủ mạnh để vượt quá áp suất thoái hóa electron của khối lượng hay không.