О нуклеарној фузији у звездама

Нуклеарна фузија је жила куцавица звезда и важан процес у разумевању како функционише свемир. Процес је оно што покреће наше сопствено Сунце, и стога је извор свих енергија на Земљи. На пример, наша храна се заснива на једењу биљака или једу ствари које једу биљке, а биљке користе сунчеву светлост за производњу хране. Даље, готово све у нашим телима је направљено од елемената који не би постојали без нуклеарне фузије.

Фузија је фаза која се дешава током формирања звезда. Ово започиње гравитационим колапсом џиновског молекуларног облака. Ови облаци могу се простирати на неколико десетина кубних светлосних година свемира и садрже огромне количине материје. Како гравитација руши облак, он се распада на мање комаде, сваки усредсређен око концентрације материје. Како се ове концентрације повећавају у маси, одговарајућа гравитација, а самим тим и читав процес се убрзава, а сам колапс ствара топлотну енергију. На крају, ови делови се кондензују под топлотом и притиском у гасовите сфере зване протозвезде. Ако прото звезда не концентрише довољно масе, она никада не постигне притисак и топлоту потребни за нуклеарну фузију и постаје смеђи патуљак. Енергија која расте из фузије која се одвија у центру постиже стање равнотеже са тежином материје звезде, спречавајући даљи колапс чак и у супермасивним звездама.

Већина онога што чини звезду је гас водоник, заједно са неким хелијумом и мешавином елемената у траговима. Огроман притисак и топлота у Сунчевом језгру довољни су да изазову фузију водоника. Фузија водоника скупа два атома водоника, што резултира стварањем једног атома хелијума, слободних неутрона и велике количине енергије. Ово је процес који ствара сву енергију коју ослобађа Сунце, укључујући сву топлоту, видљиву светлост и УВ зраке који на крају стигну до Земље. Водоник није једини елемент који се може стопити на овај начин, али тежи елементи захтевају узастопно веће количине притиска и топлоте.

Временом звезде почињу да остају без водоника који пружа основно и најефикасније гориво за нуклеарну фузију. Када се то деси, енергија у успону која је одржавала равнотежу спречавала је даљу кондензацију распршених звезда, узрокујући нову фазу звездног колапса. Када колапс изврши довољан, већи притисак на језгро, могућа је нова рунда фузије, овог пута сагоревање тежег елемента хелијума. Звездама масе мање од половине нашег Сунца недостаје средства за стапање хелијума и постају црвени патуљци.

Када звезда почне да стапа хелијум у језгру, излаз енергије се повећава у односу на енергију водоника. Овај већи излаз потискује спољне слојеве звезде даље, повећавајући њену величину. Иронично, ови спољни слојеви су сада довољно далеко од места где се одвија фузија да се мало охладе, претварајући их из жуте у црвену. Ове звезде постају црвени џинови. Фузија хелијума је релативно нестабилна, а флуктуације температуре могу изазвати пулсирање. Ствара угљеник и кисеоник као нуспроизводе. Ове пулсације могу да одувају спољне слојеве звезде у експлозији нове. Нова заузврат може створити планетарну маглину. Преостало звездано језгро ће се постепено хладити и формирати бели патуљак. Ово је вероватни крај за наше сопствено Сунце.

Веће звезде имају већу масу, што значи да када се хелиј исцрпи, могу добити нову круг колапса и створи притисак да започне нови круг фузије, стварајући још теже елементи. Ово потенцијално може да траје док се не дође до гвожђа. Гвожђе је елемент који дели елементе који могу произвести енергију у фузији од оних који апсорбују енергију у фузији: гвожђе упија мало енергије у свом стварању. Сада се фузија исцрпљује, уместо да ствара енергију, мада је процес неуједначен (фузија гвожђа се неће универзално одвијати у језгру). Иста фузиона нестабилност у супермасивним звездама може да их натера да избаце своје спољне љуске на начин сличан правилним звездама, а резултат се назива супернова.

Важно разматрање у звезданој механици је да је сва материја у свемиру тежа од водоника резултат нуклеарне фузије. Заиста тешки елементи, попут злата, олова или уранијума, могу се створити само експлозијама супернове. Стога су све супстанце које су нам познате на Земљи једињења изграђена из отпадака неке прошле звездане смрти.