Despre Fuziunea Nucleară în Stele

Fuziunea nucleară este esența vieții stelelor și un proces important în înțelegerea modului în care funcționează universul. Procesul este ceea ce ne alimentează propriul Soare și, prin urmare, este sursa rădăcină a întregii energii de pe Pământ. De exemplu, mâncarea noastră se bazează pe consumul de plante sau consumul de lucruri care mănâncă plante, iar plantele folosesc lumina soarelui pentru a produce alimente. În plus, practic totul din corpurile noastre este făcut din elemente care nu ar exista fără fuziunea nucleară.

Fuziunea este o etapă care se întâmplă în timpul formării stelelor. Acest lucru începe în prăbușirea gravitațională a unui nor molecular gigant. Acești nori pot acoperi câteva zeci de ani lumină cubi de spațiu și conțin cantități mari de materie. Pe măsură ce gravitația prăbușește norul, acesta se desparte în bucăți mai mici, fiecare centrat în jurul unei concentrații de materie. Pe măsură ce aceste concentrații cresc în masă, gravitația corespunzătoare și, prin urmare, întregul proces accelerează, prăbușirea în sine creând energie termică. În cele din urmă, aceste piese se condensează sub căldură și presiune în sfere gazoase numite protostele. Dacă un protostar nu concentrează suficientă masă, nu atinge niciodată presiunea și căldura necesare pentru fuziunea nucleară și devine o pitică maro. Energia care crește din fuziunea care are loc în centru atinge o stare de echilibru cu greutatea materiei stelei, prevenind colapsul suplimentar chiar și în stelele supermasive.

Cea mai mare parte din ceea ce alcătuiește o stea este hidrogen gazos, împreună cu puțin heliu și un amestec de oligoelemente. Presiunea enormă și căldura din miezul Soarelui sunt suficiente pentru a provoca fuziunea hidrogenului. Fuziunea hidrogenului înghesuie doi atomi de hidrogen împreună, rezultând în crearea unui atom de heliu, neutroni liberi și o cantitate mare de energie. Acesta este procesul care creează toată energia eliberată de Soare, inclusiv toată căldura, lumina vizibilă și razele UV care ajung în cele din urmă pe Pământ. Hidrogenul nu este singurul element care poate fi fuzionat în acest fel, dar elementele mai grele necesită în mod succesiv cantități mai mari de presiune și căldură.

În cele din urmă, stelele încep să rămână fără hidrogen care furnizează combustibilul de bază și cel mai eficient pentru fuziunea nucleară. Când se întâmplă acest lucru, creșterea energiei care susținea echilibrul a împiedicat condensarea suplimentară a stelei, care provoacă o nouă etapă de colaps stelar. Când prăbușirea pune presiune suficientă și mai mare asupra miezului, este posibilă o nouă rundă de fuziune, de data aceasta arzând elementul mai greu de heliu. Stelelor cu o masă mai mică de jumătate din propriul nostru Soare le lipsește mijloacele necesare pentru a contopi heliul și devin pitici roșii.

Când o stea începe să fuzioneze heliu în miez, producția de energie crește peste cea a hidrogenului. Această ieșire mai mare împinge straturile exterioare ale stelei mai departe, mărind dimensiunea acesteia. În mod ironic, aceste straturi exterioare sunt acum suficient de departe de locul în care are loc fuziunea pentru a se răci puțin, transformându-le de la galben la roșu. Aceste stele devin uriași roșii. Fuziunea heliului este relativ instabilă, iar fluctuațiile de temperatură pot provoca pulsații. Creează carbon și oxigen ca produse secundare. Aceste pulsații au potențialul de a sufla straturile exterioare ale stelei într-o explozie nova. O nova poate crea la rândul său o nebuloasă planetară. Miezul stelar rămas se va răci treptat și va forma o pitică albă. Acesta este sfârșitul probabil pentru propriul nostru Soare.

Stelele mai mari au mai multă masă, ceea ce înseamnă că, atunci când heliul este epuizat, pot avea o nouă rundă de colaps și produce presiunea pentru a începe o nouă rundă de fuziune, creând totuși mai grea elemente. Acest lucru poate continua până când se ajunge la fier. Fierul este elementul care împarte elementele care pot produce energie în fuziune de cele care absorb energia în fuziune: fierul absoarbe puțină energie în crearea sa. Acum fuziunea se scurge, mai degrabă decât creează energie, deși procesul este inegal (fuziunea fierului nu se va desfășura universal în nucleu). Aceeași instabilitate de fuziune în stelele supermasive le poate face să-și scoată învelișurile exterioare într-un mod similar cu stelele obișnuite, rezultatul fiind numit supernova.

O considerație importantă în mecanica stelară este că toată materia din univers mai grea decât hidrogenul este rezultatul fuziunii nucleare. Elementele cu adevărat grele, cum ar fi aurul, plumbul sau uraniul, pot fi create numai prin explozii de supernova. Prin urmare, toate substanțele cu care suntem familiarizați pe Pământ sunt compuși construiți din resturile unor pierderi stelare trecute.