Почему конвективное ядро ​​звезды средней и большой массы сжимается?

На изображении ниже показана эволюция профиля массовой доли водорода для звезды с массой 5 ​​солнечных на главной последовательности. Я ожидаю, что размер конвективного ядра останется примерно постоянным по мере того, как водород будет синтезирован, что приведет к окончательному ступенчатому профилю, когда водород ядра будет исчерпан. Однако вся литература и моделирование показывают явный наклон конечного ступенчатого профиля, который является результатом сжатия конвективного ядра.

Есть ли у кого-нибудь понимание причины сокращения?

Эволюция профиля массовой доли водорода для звезды с массой 5 ​​солнечных на главной последовательности

(источник изображения: http://astro.if.ufrgs.br/evol/evolve/hansen/StellarEvolnDemo/m5z02evoln.html )

Редактировать 1:

Ниже показана эволюция профиля температуры той же звезды. Не стесняйтесь комментировать это.

Лично меня удивляет, как мало меняются температуры. Поскольку основной ядерной реакцией является цикл CNO, который масштабируется как   Т 16 , я ожидал гораздо более резких изменений. Однако центральная температура увеличивается только примерно на 30% в течение всей основной последовательности. Интересный.

Эволюция температурного профиля звезды с массой 5 ​​солнечных на главной последовательности

(Источник: http://astro.if.ufrgs.br/evol/evolve/hansen/StellarEvolnDemo/m5z02evoln.html )

Редактировать 2:

Я подумал, что хорошим объяснением может быть критерий Леду для конвекции. Этот критерий утверждает, что химические градиенты оказывают стабилизирующее действие на конвекцию (т. е. препятствуют конвекции), что позволяет сделать вывод о том, что на границе раздела радиационной и конвективной зон преобладает радиационный перенос. Однако я моделирую эволюцию с критерием Леду и без него, и в обоих случаях конвективное ядро ​​сжимается.

Прошло более 20 лет с тех пор, как я работал в этой области. Я смутно припоминаю, что на самом деле этот эффект возникает из-за моделей. Физические параметры, регулирующие начало конвекции, адиабатический и фактический температурный градиент, оба зависят сходным образом от изменения свойств звездного вещества с радиусом, и у меня не было удовлетворительного объяснения того, почему точка начала перемещается внутрь с увеличением радиуса. время. Жду адекватного ответа!
Я не думаю, что вы можете построить центральную температуру тоже?
@RobJeffries - я добавил эволюцию температурного профиля. Пожалуйста, не стесняйтесь комментировать это.
Заставляет меня задаться вопросом, получил ли кто-нибудь когда-либо цифры теплоемкости различных полностью ионизированных ядер. Различия могут легко изменить свойства конвекции.
Критерий Леду актуален только в том случае, если ядро ​​вот-вот увеличится в размерах (а не уменьшится). В этом случае более легкие слои над более тяжелым материалом оказывают стабилизирующее действие (как предсказывает критерий Леду), и ядро ​​не может сразу расти. В зоне конвекции химический градиент отсутствует из-за конвективного перемешивания и применяется критерий Шварцшильда.

Ответы (1)

Наличие конвекции зависит от того, достигает ли внутренний радиационный градиент температуры адиабатического градиента температуры.

Градиент внутренней лучистой температуры пропорционален непрозрачности и внешнему потоку энергии и обратно пропорционален Т 4 . По мере того, как звезда развивается на главной последовательности, центральная температура повышается, а непрозрачность (например, непрозрачность Крамера становится равной Т − 7 / 2 идет вниз. Вы также удаляете свободные электроны (сочетая их с протонами с образованием He), что уменьшает непрозрачность рассеяния Томсона/Комптона. Это означает, что радиационный градиент температуры снижается и может упасть ниже адиабатического градиента, а это означает, что перенос энергии возвращается к радиационному.

Он остается конвективным прямо в центре дольше всего, потому что именно там радиационный температурный градиент все еще самый большой (обусловленный экстремальной температурной зависимостью и высоким внешним потоком энергии ядерных реакций цикла CNO).

Не могли бы вы добавить, что (и почему) адиабатический градиент температуры не меняется (у меня самого нет под рукой моих старых учебников, чтобы проверить это самому). Я спрашиваю это, потому что помню, что в звездах с малой массой (например, в нашем Солнце) именно изменение адиабатического градиента температуры (в отличие от фактического градиента) вызывает конвекцию в оболочке.
@HartmutBraun Адиабатическая температура меняется, но не на одинаковую величину. Вот почему соединительное ядро ​​сжимается. В конце концов, числовая модель показывает, что происходит. Предлагаю грубое объяснение.
@HartmutBraun - адиабатический градиент существенно не меняется в ходе эволюции, показанной выше. Ядро не вырождается, поэтому уравнение состояния справедливо представляется идеальным газом, адиабатический градиент которого ∇~0,4. Что касается маломассивных звезд, то уменьшение адиабатического градиента связано с наличием зон ионизации в приповерхностной области. Градиент адиабатической температуры тесно связан с показателями адиабаты, поведение которых в зонах ионизации можно найти здесь: astronomy.stackexchange.com/questions/27769/…
Почему конвективное ядро ​​звезды средней и большой массы сжимается?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v