Apie branduolio sintezę žvaigždėse

Branduolių sintezė yra žvaigždžių gyvybinė medžiaga ir svarbus procesas siekiant suprasti, kaip veikia Visata. Šis procesas valdo mūsų pačių Saulę, todėl yra visos Žemės energijos pagrindinis šaltinis. Pavyzdžiui, mūsų maistas gaminamas valgant augalus arba valgant augalus valgančius daiktus, o augalai maistui gaminti naudoja saulės šviesą. Be to, praktiškai viskas mūsų kūne yra pagaminta iš elementų, kurie neegzistuotų be branduolio sintezės.

Susiliejimas yra stadija, kuri vyksta žvaigždžių formavimosi metu. Tai prasideda dėl milžiniško molekulinio debesies gravitacinio žlugimo. Šie debesys gali apimti kelias dešimtis kubinių šviesos metų kosmosą ir juose gali būti didžiulis kiekis medžiagos. Gravitacijai sugriuvus debesiui, jis suskaidomas į mažesnius gabalėlius, kurių kiekvienas sutelktas aplink medžiagos koncentraciją. Didėjant šiai koncentracijai, atitinkama gravitacija ir visas procesas paspartėja, o pats žlugimas sukuria šilumos energiją. Galų gale, šie gabalai, esant karščiui ir slėgiui, kondensuojasi į dujines sferas, vadinamas protostarais. Jei protostarinas nekoncentruoja pakankamai masės, jis niekada nepasiekia branduolio sintezei reikalingo slėgio ir šilumos ir tampa ruduoju nykštuku. Energija, kylanti iš susiliejimo, vykstančio centre, pasiekia pusiausvyros būseną su žvaigždės materijos svoriu, užkertant kelią tolesniam žlugimui net ir supermasyviose žvaigždėse.

Žvaigždę sudaro vandenilio dujos, taip pat helis ir mikroelementų mišinys. Milžiniško slėgio ir šilumos Saulės šerdyje pakanka vandenilio sintezei sukelti. Susiliejus vandeniliui du vandenilio atomai sutraiškomi kartu, todėl susidaro vienas helio atomas, laisvieji neutronai ir daug energijos. Tai procesas, sukuriantis visą Saulės išleidžiamą energiją, įskaitant visą šilumą, matomą šviesą ir UV spindulius, kurie galiausiai pasiekia Žemę. Vandenilis nėra vienintelis tokiu būdu sulydomas elementas, tačiau sunkesniems elementams reikia iš eilės didesnio slėgio ir šilumos.

Galų gale žvaigždėms pradeda trūkti vandenilio, kuris yra pagrindinis ir efektyviausias kuras branduolių sintezei. Kai taip atsitinka, kylanti energija, palaikanti pusiausvyrą, neleido žvaigždei kondensuotis toliau, sukeldama naują žvaigždžių žlugimo etapą. Kai žlugimas daro pakankamą, didesnį spaudimą šerdyje, galimas naujas susiliejimo etapas, šį kartą sudeginant sunkesnįjį helio elementą. Žvaigždėms, kurių masė mažesnė nei pusė mūsų pačių Saulės, trūksta pagrindo helio suliejimui ir jos tampa raudonomis nykštukėmis.

Kai žvaigždė pradeda lydyti helį šerdyje, energijos kiekis padidėja virš vandenilio. Šis didesnis išstūmimas išstumia išorinius žvaigždės sluoksnius toliau, padidindamas jos dydį. Ironiška, kad šie išoriniai sluoksniai dabar yra pakankamai toli nuo to, kur vyksta sintezė, kad šiek tiek atvėstų, paversdami juos nuo geltonos iki raudonos. Šios žvaigždės tampa raudonaisiais milžinais. Helio sintezė yra palyginti nestabili, o temperatūros svyravimai gali sukelti pulsaciją. Tai sukuria anglį ir deguonį kaip šalutinius produktus. Šios pulsacijos gali nupūsti išorinius žvaigždės sluoksnius per naująjį sprogimą. Nova savo ruožtu gali sukurti planetinį ūką. Likusi žvaigždės šerdis palaipsniui atvės ir suformuos baltą nykštuką. Tai yra tikėtina mūsų Saulės pabaiga.

Didesnės žvaigždės turi daugiau masės, o tai reiškia, kad išsekus heliui, jos gali turėti naują žlugimo etapą ir sukelti spaudimą pradėti naują sintezės etapą, kuriant dar sunkesnį elementai. Tai gali tęstis tol, kol bus pasiekta geležis. Geležis yra tas elementas, kuris dalija elementus, kurie gali sukurti sintezės energiją, nuo tų, kurie sugeria energiją, susijungdami: geležis kurdama sugeria mažai energijos. Dabar sintezė nuteka, o ne sukuria energiją, nors procesas yra netolygus (geležies sintezė nevyks visuotinai šerdyje). Tas pats supermasyvių žvaigždžių sintezės nestabilumas gali priversti jas išstumti savo išorinius apvalkalus panašiai kaip įprastas žvaigždes, o rezultatas vadinamas supernova.

Svarbus žvaigždžių mechanikos aspektas yra tai, kad visos visatoje už vandenilį sunkesnės materijos yra branduolio sintezės rezultatas. Tikrai sunkius elementus, tokius kaip auksas, švinas ar uranas, galima sukurti tik sprogus supernovai. Todėl visos mums Žemėje žinomos medžiagos yra junginiai, pastatyti iš kažkokių praeities žvaigždžių žūties šiukšlių.