Сплавляет ли звезда гелий в бериллий на главной последовательности?

Сплавляет ли звезда гелий в бериллий на главной последовательности?

Звезды не превращают гелий в бериллий, за исключением очень, очень короткого промежуточного шага к углероду. Синтез гелия-гелия с образованием бериллия является эндотермическим: он потребляет энергию. Что еще хуже, получаемый бериллий-8 имеет чрезвычайно короткий период полураспада, менее$10^{-16}$секунды. Гелий был бы концом слияния в звездах (и не было бы нас), если бы не случайность: бериллий-8, образовавшийся в результате слияния гелия и гелия, имеет почти точно такую ​​же энергию, как возбужденное состояние углерода-12.

Это значительно увеличивает вероятность соединения третьего ядра гелия-4 с короткоживущим ядром бериллия-8 с образованием углерода-12. Это стабильно. Таким образом, следующей стадией после горения водорода является тройное горение гелия ( тройной альфа-процесс ), по существу минуя бериллий, за исключением промежуточного процесса.

Когда звезда сливается с бериллием, будет ли звезда все еще находиться в фазе главной последовательности и начнет ли она в этот момент расти в фазу красного гиганта, или нет определенного правила, когда она начнет расти?

Звезда покидает главную последовательность задолго до того, как начинает синтезировать гелий. Он покидает главную последовательность, когда звезда больше не может поддерживать синтез водорода в ядре. Это происходит, когда ядро ​​становится лишенным водорода. На данный момент гелий, оставшийся после синтеза водорода, по существу представляет собой пепел. Синтез водорода происходит на краю ядра (горение оболочки), но ядро, обедненное водородом, в этой точке слишком холодное, чтобы сплавлять гелий с углеродом (не с бериллием). Так он разрушается и постепенно становится горячее.

Звезда начинает превращать гелий в углерод (а также кислород), если масса звезды после главной последовательности достаточно велика. В этот момент красный гигант коллапсирует и ведет себя почти как звезда главной последовательности со второй жизнью. Однако эта вторая жизнь длится недолго.

Что определяет главную последовательность?

Звезды главной последовательности характеризуются синтезом водорода в своих ядрах либо через протон-протонную цепочку (для звезд с меньшей массой), либо через цикл CNO (для звезд, масса которых более чем в 1,5 раза превышает массу Солнца). Вне ядра значительного слияния не происходит; внешние слои участвуют в радиационном или конвективном переносе энергии, но не в генерировании энергии. В общем, если в ядре происходит синтез водорода, мы говорим, что звезда все еще находится на главной последовательности.

Это изменения в звездах, которые эволюционируют с главной последовательности. Некоторые маломассивные красные гиганты могут превращать водород в гелий посредством цикла CNO в слое вне в основном нереактивного гелиевого ядра; это называется сжиганием оболочки . В более массивных звездах более тяжелые элементы (например, гелий, углерод и т. д.) сплавляются внутри ядра, а горение оболочки продолжается во внешних слоях. Например, в довольно массивной звезде, которая находится далеко в фазе своей жизни после главной последовательности, вы можете увидеть, как кислород, неон, углерод, гелий и водород сливаются в последовательных слоях все дальше и дальше от ядра.

Распространенное заблуждение состоит в том, что звезда израсходовала весь свой водород, прежде чем покинуть главную последовательность; это неправда. Он просто использует большую часть водорода в своем ядре; во внешних слоях еще много, что делает возможным слияние оболочек.

Эволюция после основной последовательности

Давайте рассмотрим звезды с массой около одной солнечной. Когда в (теперь вырожденном) ядре прекращается синтез водорода, исчезает источник давления, удерживающий звезду в гидростатическом равновесии. Горение водорода начинается в оболочке вокруг ядра. Через некоторое время ядро ​​начинает сжиматься, внешняя оболочка расширяется, и говорят, что звезда находится на ветви красных гигантов. В конце концов, температура поднимается до точки, при которой может произойти тройной альфа-процесс, и происходит гелиевая вспышка, знаменующая начало горизонтальной ветви и слияния гелия посредством тройного альфа-процесса. Горение водородной оболочки продолжается.

Как вы заметите — и как говорили другие — звезды не сливают гелий в бериллий в какой-либо значительной степени ни на одной из стадий этого процесса или эволюции после главной последовательности в целом. Это эндотермический; тройной альфа-процесс является экзотермическим.