O jaderné fúzi ve hvězdách

Jaderná fúze je krví hvězd a důležitým procesem pro pochopení toho, jak vesmír funguje. Tento proces pohání naše vlastní Slunce, a proto je kořenovým zdrojem veškeré energie na Zemi. Například naše jídlo je založeno na konzumaci rostlin nebo konzumaci věcí, které konzumují rostliny, a rostliny k výrobě jídla používají sluneční světlo. Kromě toho je prakticky vše v našem těle vyrobeno z prvků, které by bez jaderné fúze neexistovaly.

Fúze je fáze, ke které dochází během formování hvězd. To začíná gravitačním kolapsem obřího molekulárního mraku. Tyto mraky mohou překlenout několik desítek kubických světelných let vesmíru a obsahovat obrovské množství hmoty. Jak gravitace zhroutí mrak, rozpadne se na menší kousky, každý soustředěný kolem koncentrace hmoty. Jak tyto koncentrace rostou v hmotnosti, odpovídající gravitace a tím i celý proces se zrychluje, přičemž samotný kolaps vytváří tepelnou energii. Nakonec tyto kousky kondenzují pod teplem a tlakem do plynných koulí nazývaných protostary. Pokud protostar nekoncentruje dostatečné množství hmoty, nikdy nedosáhne tlaku a tepla potřebného pro jadernou fúzi a stane se hnědým trpaslíkem. Energie stoupající z fúze probíhající ve středu dosahuje rovnovážného stavu s hmotností hmoty hvězdy a brání dalšímu kolapsu i u supermasivních hvězd.

Většinu z toho, co tvoří hvězdu, tvoří plynný vodík, spolu s heliem a směsí stopových prvků. Obrovský tlak a teplo v jádru Slunce jsou dostatečné k tomu, aby způsobily fúzi vodíku. Fúze vodíku nacpává dva atomy vodíku dohromady, což má za následek vytvoření jednoho atomu helia, volných neutronů a velké energie. Toto je proces, který vytváří veškerou energii uvolněnou Sluncem, včetně veškerého tepla, viditelného světla a UV paprsků, které se nakonec dostanou na Zemi. Vodík není jediným prvkem, který lze takto tavit, ale těžší prvky vyžadují postupně větší množství tlaku a tepla.

Nakonec hvězdám začne docházet vodík, který poskytuje základní a nejúčinnější palivo pro jadernou fúzi. Když k tomu dojde, rostoucí energie, která udržovala rovnováhu, bránila další kondenzaci hvězd prskající ven, což způsobilo novou fázi hvězdného kolapsu. Když kolaps vyvíjí dostatečný, větší tlak na jádro, je možné nové kolo fúze, tentokrát spalující těžší prvek helia. Hvězdám s hmotností menší než polovina našeho vlastního Slunce chybí způsob, jak spojit hélium a stát se červenými trpaslíky.

Když hvězda začne fúzovat hélium v ​​jádru, energetický výstup se zvyšuje nad vodíkovým. Tento větší výkon tlačí vnější vrstvy hvězdy dále ven a zvětšuje její velikost. Je ironií, že tyto vnější vrstvy jsou nyní dostatečně daleko od místa, kde dochází k fúzi, aby se trochu ochladily a změnily je ze žluté na červenou. Tyto hvězdy se stávají červenými obry. Fúze hélia je relativně nestabilní a kolísání teploty může způsobit pulzace. Vytváří uhlík a kyslík jako vedlejší produkty. Tyto pulzace mají potenciál odfouknout vnější vrstvy hvězdy při nové explozi. Nova může zase vytvořit planetární mlhovinu. Zbývající hvězdné jádro se postupně ochladí a vytvoří bílého trpaslíka. Toto je pravděpodobný konec našeho vlastního Slunce.

Větší hvězdy mají více hmoty, což znamená, že když je hélium vyčerpáno, mohou mít nové kolapsu kolapsu a vytvoření tlaku na zahájení nového kola fúze, čímž se vytvoří ještě těžší elementy. To může potenciálně pokračovat, dokud není dosaženo železa. Železo je prvek, který odděluje prvky, které mohou při fúzi produkovat energii od těch, které absorbují energii ve fúzi: železo absorbuje při tvorbě trochu energie. Nyní fúze odčerpává, místo aby vytvářela energii, i když tento proces je nerovnoměrný (fúze železa v jádru nebude probíhat univerzálně). Stejná nestabilita fúze v supermasivních hvězdách může způsobit, že vyhazují své vnější skořápky podobným způsobem jako běžné hvězdy, přičemž výsledek se nazývá supernova.

Důležitým hlediskem ve hvězdné mechanice je, že veškerá hmota ve vesmíru těžší než vodík je výsledkem jaderné fúze. Skutečně těžké prvky, jako je zlato, olovo nebo uran, lze vytvořit pouze výbuchem supernovy. Proto jsou všechny látky, které na Zemi známe, sloučeniny složené z trosek nějaké minulé hvězdné smrti.