Происхождение энергии звезд
Чтобы тело можно было охарактеризовать как звезду, внутри него
должны протекать термоядерные реакции, иначе оно должно было пройти
фазу термоядерных реакций в прошлом. Термоядерная реакция - это
реакция, в которой ядра атомов легких элементов объединяются, чтобы
сформировать более тяжелый элемент. Поскольку ядра атомов заряжены
положительно и сильно отталкиваются друг от друга, требуется очень
высокая температура и давление, чтобы вызвать термоядерную реакцию,
чтобы преодолеть эти силы отталкивания. В подавляющем большинстве
звезд (так называемые главные последовательности) ядра легчайшего
химического элемента, водорода , вступают в реакцию, и в результате
получается гелий . Преобразование легкого водорода в гелий может
происходить двумя разными способами, а именно протон-протонным
циклом или циклом углерод-азот-кислород (также называемым циклом
CNO в соответствии с химическими символами задействованных
элементов ). На каком из этих циклов в ядре звезды преобладает, на
нее в основном влияет температура в активной зоне. До 16 миллионов
кельвинов протон-протонный цикл является доминирующим, выше этого
предела преобладает цикл CNO. Наличие этих трех элементов в ядре
звезды также необходимо для функционирования цикла CNO. Чистый вес
вновь образованного атомного ядра в термоядерной реакции меньше
суммы масс исходных ядер. В обоих циклах около 1/140 массы
преобразуется в чистую энергию в соответствии с уравнением
Эйнштейна E = mc. Процесс синтеза водорода очень чувствителен к
температуре , поэтому даже небольшое повышение внутренней
температуры вызовет значительное увеличение скорости синтеза .
Следовательно, температуры в ядрах звезд главной последовательности
колеблются от 4 миллионов кельвинов для малых звезд M-класса до 40
миллионов кельвинов для тяжелых звезд O-класса. Звезды сжигают в
своих ядрах другие химические элементы, кроме водорода. У
протозвезд во время их образования с постепенным увеличением
температуры и давления тяжелый водород (дейтерий), литий , бериллий
и бор сжигаются вместе с водородом до того, как сгорит чистый
легкий водород, которого больше всего в ядре. Конечным продуктом
всех этих реакций является гелий. Однако в более старых звездах,
которые близки к угасанию, происходит сгорание гелия и других
элементов, в результате чего образуются другие продукты (различные
химические элементы, вплоть до железа, которое образуется при
сгорании кремния).Углерод с гелием для кислорода, кислород для
неона, неон для магния, магний для кремния и кремний для железа).
Горение может продолжаться только с тепловыделением, и только
гравитационный коллапс может дать дополнительную энергию.
Следовательно, элементы тяжелее железа возникают только в
сверхновых. Эти типы реакций имеют большое значение с точки зрения
происхождения жизни в космосе и планет земной группы в целом,
потому что ядра более старых звезд - единственное место, где
образуются эти химические элементы (не считая элементов, которые
являются продуктом спонтанного распада более тяжелых ядер). Пример
ниже описывает время, которое требуется звезде с массой 20
солнечных масс, чтобы израсходовать все свое ядерное топливо. Как
звезда в главной последовательности этого класса, она будет в 62000
раз ярче Солнца, а ее диаметр будет в 8 раз больше, чем у Солнца.
Прежде чем достичь главной последовательности, молодые звезды
набирают энергию за счет гравитационного сжатия, как некоторые
большие планеты или коричневые карлики. Гравитационное сжатие
позволит всплывающей звезде увеличить температуру и давление внутри
настолько, чтобы вызвать термоядерные реакции. Старые звезды могут
сиять из облученных запасов после завершения ядерной фазы. Однако в
обоих случаях (незрелая и старая звезда) эти звезды в видимом
спектре достигают лишь малой доли мощности излучения звезд с
продолжающимися термоядерными реакциями.
