Σχετικά με την πυρηνική σύντηξη στα αστέρια

Η πυρηνική σύντηξη είναι η ψυχή των αστεριών και μια σημαντική διαδικασία για την κατανόηση του τρόπου λειτουργίας του σύμπαντος. Η διαδικασία είναι εκείνη που τροφοδοτεί τον δικό μας Ήλιο και ως εκ τούτου είναι η βασική πηγή όλης της ενέργειας στη Γη. Για παράδειγμα, το φαγητό μας βασίζεται στην κατανάλωση φυτών ή σε φαγητά που τρώνε φυτά και τα φυτά χρησιμοποιούν το φως του ήλιου για να φτιάξουν τρόφιμα. Επιπλέον, σχεδόν όλα στο σώμα μας κατασκευάζονται από στοιχεία που δεν θα υπήρχαν χωρίς πυρηνική σύντηξη.

Η σύντηξη είναι ένα στάδιο που συμβαίνει κατά τον σχηματισμό των αστεριών. Αυτό ξεκινά με τη βαρυτική κατάρρευση ενός γιγαντιαίου μοριακού νέφους. Αυτά τα σύννεφα μπορούν να εκτείνονται σε αρκετές δωδεκάδες κυβικά έτη φωτός χώρου και να περιέχουν τεράστιες ποσότητες ύλης. Καθώς η βαρύτητα καταρρέει το σύννεφο, χωρίζεται σε μικρότερα κομμάτια, το καθένα επικεντρώνεται γύρω από μια συγκέντρωση ύλης. Καθώς αυτές οι συγκεντρώσεις αυξάνονται στη μάζα, η αντίστοιχη βαρύτητα και επομένως η όλη διαδικασία επιταχύνεται, με την ίδια την κατάρρευση να δημιουργεί θερμική ενέργεια. Τελικά, αυτά τα κομμάτια συμπυκνώνονται υπό τη θερμότητα και την πίεση σε αέριες σφαίρες που ονομάζονται πρωτότυπα. Εάν ένα πρωτόστρωμα δεν συγκεντρώνει αρκετή μάζα, δεν επιτυγχάνει ποτέ την πίεση και τη θερμότητα που απαιτούνται για την πυρηνική σύντηξη και γίνεται καφέ νάνος. Η ενέργεια που αυξάνεται από τη σύντηξη που λαμβάνει χώρα στο κέντρο επιτυγχάνει μια κατάσταση ισορροπίας με το βάρος της ύλης του αστεριού, αποτρέποντας την περαιτέρω κατάρρευση ακόμη και σε υπερμεγέθη αστέρια.

Τα περισσότερα από αυτά που αποτελούν ένα αστέρι είναι το αέριο υδρογόνο, μαζί με κάποιο ήλιο και ένα μείγμα ιχνοστοιχείων. Η τεράστια πίεση και η θερμότητα στον πυρήνα του Ήλιου αρκούν για να προκαλέσουν σύντηξη υδρογόνου. Η σύντηξη υδρογόνου γεμίζει δύο άτομα υδρογόνου μαζί, με αποτέλεσμα τη δημιουργία ενός ατόμου ηλίου, ελεύθερων νετρονίων και μεγάλης ενέργειας. Αυτή είναι η διαδικασία που δημιουργεί όλη την ενέργεια που απελευθερώνεται από τον Ήλιο, συμπεριλαμβανομένης της θερμότητας, του ορατού φωτός και των ακτίνων UV που τελικά φτάνουν στη Γη. Το υδρογόνο δεν είναι το μόνο στοιχείο που μπορεί να συντηχθεί με αυτόν τον τρόπο, αλλά τα βαρύτερα στοιχεία απαιτούν διαδοχικά μεγαλύτερες ποσότητες πίεσης και θερμότητας.

Τελικά τα αστέρια αρχίζουν να εξαντλούνται από το υδρογόνο που παρέχει το βασικό και αποδοτικότερο καύσιμο για την πυρηνική σύντηξη. Όταν συμβαίνει αυτό, η αυξανόμενη ενέργεια που διατηρούσε την ισορροπία εμπόδιζε την περαιτέρω συμπύκνωση του αστεριού που εκτοξεύεται, προκαλώντας ένα νέο στάδιο αστρικής κατάρρευσης. Όταν η κατάρρευση ασκεί επαρκή, μεγαλύτερη πίεση στον πυρήνα, είναι δυνατός ένας νέος γύρος σύντηξης, αυτή τη φορά καίει το βαρύτερο στοιχείο του ηλίου. Αστέρια με μάζα λιγότερη από το ήμισυ του δικού μας Ήλιου δεν έχουν την δυνατότητα να συντήξουν ήλιο και να γίνουν κόκκινοι νάνοι.

Όταν ένα αστέρι αρχίζει να συγχωνεύει το ήλιο στον πυρήνα, η παραγωγή ενέργειας αυξάνεται σε σχέση με εκείνη του υδρογόνου. Αυτή η μεγαλύτερη έξοδος ωθεί τα εξωτερικά στρώματα του αστεριού πιο έξω, αυξάνοντας το μέγεθός του. Κατά ειρωνικό τρόπο, αυτά τα εξωτερικά στρώματα είναι τώρα αρκετά μακριά από το σημείο όπου η σύντηξη πραγματοποιείται για να κρυώσει λίγο, μετατρέποντάς τα από κίτρινο σε κόκκινο. Αυτά τα αστέρια γίνονται κόκκινοι γίγαντες. Η σύντηξη ηλίου είναι σχετικά ασταθής και οι διακυμάνσεις της θερμοκρασίας μπορούν να προκαλέσουν παλμούς. Δημιουργεί άνθρακα και οξυγόνο ως υποπροϊόντα. Αυτοί οι παλμοί έχουν τη δυνατότητα να εκραγούν τα εξωτερικά στρώματα του αστεριού σε μια έκρηξη nova. Ένα nova μπορεί με τη σειρά του να δημιουργήσει ένα πλανητικό νεφέλωμα. Ο υπόλοιπος αστρικός πυρήνας σταδιακά θα κρυώσει και θα σχηματίσει έναν λευκό νάνο. Αυτό είναι το πιθανό τέλος για τον δικό μας Ήλιο.

Τα μεγαλύτερα αστέρια έχουν περισσότερη μάζα, πράγμα που σημαίνει ότι όταν εξαντληθεί το ήλιο, μπορούν να έχουν καινούργιο γύρος κατάρρευσης και να παράγει την πίεση για να ξεκινήσει ένας νέος γύρος σύντηξης, δημιουργώντας ακόμα βαρύτερος στοιχεία. Αυτό μπορεί δυνητικά να συνεχιστεί έως ότου επιτευχθεί σίδερο. Ο σίδηρος είναι το στοιχείο που διαιρεί στοιχεία που μπορούν να παράγουν ενέργεια σε σύντηξη από εκείνα που απορροφούν ενέργεια σε σύντηξη: ο σίδηρος απορροφά λίγη ενέργεια στη δημιουργία του. Τώρα η σύντηξη αποστραγγίζεται, αντί να δημιουργεί ενέργεια, παρόλο που η διαδικασία είναι άνιση (η σύντηξη σιδήρου δεν θα συμβαίνει καθολικά στον πυρήνα). Η ίδια αστάθεια σύντηξης σε υπερμεγέθη αστέρια μπορεί να τους προκαλέσει να εκτοξεύσουν τα εξωτερικά τους κελύφη με τρόπο παρόμοιο με τα κανονικά αστέρια, με αποτέλεσμα να ονομάζεται σουπερνόβα.

Ένα σημαντικό ζήτημα στην αστρική μηχανική είναι ότι όλη η ύλη στο σύμπαν βαρύτερη από το υδρογόνο είναι το αποτέλεσμα της πυρηνικής σύντηξης. Πραγματικά βαριά στοιχεία, όπως χρυσός, μόλυβδος ή ουράνιο, μπορούν να δημιουργηθούν μόνο μέσω εκρήξεων σουπερνόβα. Επομένως, όλες οι ουσίες που γνωρίζουμε στη Γη είναι ενώσεις που κατασκευάζονται από τα συντρίμμια κάποιου περασμένου αστρικού θανάτου.