על היתוך גרעיני בכוכבים

היתוך גרעיני הוא נשמתם של כוכבים, ותהליך חשוב בהבנת האופן שבו היקום פועל. התהליך הוא שמניע את השמש שלנו, ולכן הוא מקור השורש של כל האנרגיה על כדור הארץ. לדוגמא, האוכל שלנו מבוסס על אכילת צמחים או על אכילת דברים שאוכלים צמחים, וצמחים משתמשים באור השמש כדי להכין אוכל. יתר על כן, כמעט כל מה שבגופנו עשוי מאלמנטים שלא היו קיימים ללא היתוך גרעיני.

היתוך הוא שלב שקורה במהלך היווצרות הכוכבים. זה מתחיל בקריסת הכבידה של ענן מולקולרי ענק. עננים אלה יכולים להתפרש על פני כמה עשרות שנות אור מעוקבות של שטח ולהכיל כמויות עצומות של חומר. כאשר כוח הכבידה קורס את הענן, הוא מתפרק לחתיכות קטנות יותר, שכל אחת מהן מרוכזת סביב ריכוז חומר. כאשר ריכוזים אלה עולים במסה, הכבידה המתאימה ובכך התהליך כולו מואצת, כשהקריסה עצמה יוצרת אנרגיית חום. בסופו של דבר, חלקים אלה מתעבים תחת החום והלחץ לכדורים גזיים הנקראים פרוטו-כוכבים. אם פרוטו-כוכב אינו מתרכז מספיק מסה, הוא לעולם אינו משיג את הלחץ והחום הדרושים להתמזגות גרעינית, והופך לגמד חום. האנרגיה העולה מהפיוז'ן המתרחש במרכז משיגה מצב של שיווי משקל עם משקל חומר הכוכב, ומונעת התמוטטות נוספת גם בכוכבים על-מסיביים.

רוב המרכיב כוכב הוא גז מימן, יחד עם מעט הליום ותערובת של יסודות קורט. הלחץ העצום והחום בליבת השמש מספיקים בכדי לגרום להתמזגות מימן. היתוך מימן דוחס שני אטומי מימן יחד, וכתוצאה מכך נוצר אטום הליום אחד, נויטרונים חופשיים ואנרגיה רבה. זהו התהליך שיוצר את כל האנרגיה שמשחררת השמש, כולל כל החום, האור הנראה וקרני ה- UV שמגיעים בסופו של דבר לכדור הארץ. מימן הוא לא היסוד היחיד שניתן להתמזג בצורה זו, אך אלמנטים כבדים יותר דורשים כמויות גדולות יותר של לחץ וחום.

בסופו של דבר הכוכבים מתחילים להיגמר מהמימן המספק את הדלק הבסיסי והיעיל ביותר לאיחוי גרעיני. כשזה קורה, האנרגיה העולה שקיימה את שיווי המשקל מנעה עיבוי נוסף של הכוכב מקרטעת החוצה, וגרמה לשלב חדש של קריסת כוכבים. כאשר הקריסה מפעילה לחץ מספיק וגדול יותר על הליבה, ייתכן סיבוב היתוך חדש, הפעם בוער את היסוד הכבד יותר של הליום. כוכבים עם מסה של פחות ממחצית השמש שלנו חסרים את המזימה להתיך הליום ולהפוך לגמדים אדומים.

כאשר כוכב מתחיל להתיך הליום בליבה, תפוקת האנרגיה עולה על זו של מימן. תפוקה גדולה יותר זו דוחפת את השכבות החיצוניות של הכוכב החוצה, ומגדילה את גודלה. למרבה האירוניה, השכבות החיצוניות הללו רחוקות מספיק מהמקום שבו מתרחש ההיתוך כדי להתקרר מעט, והופכות אותן לצהוב לאדום. הכוכבים האלה הופכים לענקים אדומים. היתוך הליום הוא יחסית לא יציב, ותנודות בטמפרטורה עלולות לגרום לפולציות. זה יוצר פחמן וחמצן כתוצרי לוואי. לפולציות אלו פוטנציאל לפוצץ את השכבות החיצוניות של הכוכב בהתפוצצות נובה. נובה יכולה בתורה ליצור ערפילית פלנטרית. ליבת הכוכבים הנותרת תתקרר בהדרגה ותהווה גמד לבן. זה הסוף הסביר לשמש שלנו.

לכוכבים גדולים יותר יש יותר מסת, מה שאומר שכאשר ההליום מותש, הם יכולים לקבל חדש סיבוב התמוטטות וייצור לחץ להתחיל סבב היתוך חדש, ויוצר עדיין כבד יותר אלמנטים. זה יכול להימשך עד לברזל. ברזל הוא היסוד המחלק יסודות שיכולים לייצר אנרגיה בהתמזגות מאלו הסופגים אנרגיה בהתמזגות: ברזל סופג מעט אנרגיה ביצירתו. כעת ההיתוך מתנקז, במקום ליצור אנרגיה, אם כי התהליך אינו אחיד (מיזוג ברזל לא יימשך באופן כללי בליבה). אותה חוסר יציבות היתוך בכוכבים על-מאסיביים יכולה לגרום להם להוציא את הקליפות החיצוניות שלהם באופן דומה לכוכבים רגילים, והתוצאה מכונה סופרנובה.

שיקול חשוב במכניקת הכוכבים הוא שכל החומר ביקום כבד יותר ממימן הוא תוצאה של היתוך גרעיני. אלמנטים כבדים באמת, כגון זהב, עופרת או אורניום, ניתנים ליצירה רק באמצעות פיצוצים בסופרנובה. לכן, כל החומרים המוכרים לנו על פני כדור הארץ הם תרכובות שנבנו מפסולת של מוות כוכבי עבר.