O jedrski fuziji v zvezdah

Jedrska fuzija je življenjska sila zvezd in pomemben proces pri razumevanju delovanja vesolja. Proces je tisto, kar poganja naše lastno sonce in je zato glavni vir vse energije na Zemlji. Naša hrana na primer temelji na uživanju rastlin ali uživanju stvari, ki jedo rastline, rastline pa za pripravo hrane uporabljajo sončno svetlobo. Poleg tega je tako rekoč vse v naših telesih narejeno iz elementov, ki ne bi obstajali brez jedrske fuzije.

Fuzija je stopnja, ki se zgodi med nastankom zvezd. To se začne v gravitacijskem kolapsu velikanskega molekularnega oblaka. Ti oblaki lahko obsegajo več deset kubičnih svetlobnih let vesolja in vsebujejo velike količine snovi. Ko gravitacija zruši oblak, se razdeli na manjše koščke, od katerih je vsak osredotočen na koncentracijo snovi. Ko se te koncentracije povečujejo v masi, se ustrezna gravitacija in s tem celoten postopek pospeši, sam kolaps pa ustvari toplotno energijo. Sčasoma se ti deli pod toploto in pritiskom zgostijo v plinaste krogle, imenovane protozvezdnice. Če protozvezda ne zbere dovolj mase, nikoli ne doseže tlaka in toplote, potrebne za jedrsko fuzijo, in postane rjavi pritlikavec. Energija, ki se dviguje iz fuzije, ki poteka v središču, doseže ravnotežje s težo zvezdine snovi, kar preprečuje nadaljnji kolaps tudi v supermasivnih zvezdah.

Večino tistega, kar sestavlja zvezdo, je vodikov plin, skupaj z nekaj helija in mešanico elementov v sledovih. Ogromen tlak in toplota v sončnem jedru zadoščata za fuzijo vodika. Fuzija vodika skupaj stisne dva atoma vodika, kar povzroči nastanek enega atoma helija, prostih nevtronov in veliko energije. To je proces, ki ustvarja vso energijo, ki jo sprošča Sonce, vključno z vso toploto, vidno svetlobo in UV žarki, ki sčasoma dosežejo Zemljo. Vodik ni edini element, ki ga je mogoče stopiti na ta način, vendar težji elementi zahtevajo zaporedoma večje količine tlaka in toplote.

Sčasoma zvezdam začne zmanjkovati vodika, ki je osnovno in najučinkovitejše gorivo za jedrsko fuzijo. Ko se to zgodi, naraščajoča energija, ki je ohranjala ravnotežje, preprečuje nadaljnjo kondenzacijo razpršenih zvezd in povzroča novo stopnjo zvezdnega kolapsa. Ko kolaps povzroči zadosten in večji pritisk na jedro, je mogoč nov krog fuzije, ki tokrat zažge težji element helija. Zvezde z maso, manjšo od polovice našega sonca, nimajo dovolj možnosti za spajanje helija in postanejo rdeči palčki.

Ko zvezda začne v jedru taljeti helij, se energija poveča kot energija vodika. Ta večji izhod potisne zunanje plasti zvezde naprej in poveča njeno velikost. Ironično je, da so te zunanje plasti zdaj dovolj daleč od mesta, kjer poteka fuzija, da se nekoliko ohladijo in jih spremenijo iz rumene v rdečo. Te zvezde postanejo rdeči velikani. Fuzija helija je razmeroma nestabilna in nihanja temperature lahko povzročijo pulzacije. Kot stranski produkt ustvarja ogljik in kisik. Te pulsacije lahko eksplodirajo zunanje plasti zvezde v eksploziji nove. Nova lahko nato ustvari planetarno meglico. Preostalo zvezdno jedro se bo postopoma ohladilo in tvorilo belega pritlikavca. To je verjetno konec našega sonca.

Večje zvezde imajo večjo maso, kar pomeni, da lahko, ko se helij izčrpa, dobijo novo kroga kolapsa in ustvari pritisk za začetek novega kroga fuzije, ki ustvarja še težjo elementi. To lahko traja, dokler ne pride do železa. Železo je element, ki deli elemente, ki lahko tvorijo fuzijsko energijo, od tistih, ki absorbirajo fuzijsko energijo: železo v svojem nastanku absorbira malo energije. Zdaj fuzija odvaja, namesto da ustvarja energijo, čeprav je postopek neenakomeren (fuzija železa v jedru ne bo potekala splošno). Enaka fuzijska nestabilnost v supermasivnih zvezdah lahko povzroči, da izvržejo zunanje lupine na podoben način kot običajne zvezde, rezultat pa se imenuje supernova.

Pomemben vidik v zvezdni mehaniki je, da je vsa snov v vesolju, težja od vodika, posledica jedrske fuzije. Resnično težke elemente, kot so zlato, svinec ali uran, je mogoče ustvariti le z eksplozijami supernove. Zato so vse snovi, ki jih poznamo na Zemlji, spojine, zgrajene iz razbitin neke pretekle zvezdne smrti.