เกี่ยวกับนิวเคลียร์ฟิวชั่นอินสตาร์

นิวเคลียร์ฟิวชันเป็นเส้นเลือดสำคัญของดวงดาว และเป็นกระบวนการสำคัญในการทำความเข้าใจว่าจักรวาลทำงานอย่างไร กระบวนการนี้เป็นสิ่งที่ให้พลังงานแก่ดวงอาทิตย์ของเราเอง และด้วยเหตุนี้จึงเป็นที่มาของพลังงานทั้งหมดบนโลก ตัวอย่างเช่น อาหารของเรามีพื้นฐานมาจากการกินพืชหรือกินสิ่งที่กินพืช และพืชใช้แสงแดดเป็นอาหาร นอกจากนี้ แทบทุกอย่างในร่างกายของเราถูกสร้างขึ้นจากธาตุที่ไม่มีอยู่จริงหากปราศจากนิวเคลียร์ฟิวชัน

ฟิวชั่นเป็นเวทีที่เกิดขึ้นระหว่างการก่อตัวของดาว สิ่งนี้เริ่มต้นจากการล่มสลายของแรงโน้มถ่วงของเมฆโมเลกุลขนาดยักษ์ เมฆเหล่านี้สามารถขยายพื้นที่ได้หลายสิบลูกบาศก์ปีแสงและมีสสารจำนวนมาก เมื่อแรงโน้มถ่วงถล่มเมฆ เมฆจะแตกออกเป็นชิ้นเล็ก ๆ แต่ละก้อนมีศูนย์กลางอยู่ที่ความเข้มข้นของสสาร เมื่อความเข้มข้นเหล่านี้เพิ่มขึ้นในมวล ความโน้มถ่วงที่สอดคล้องกันและด้วยเหตุนี้กระบวนการทั้งหมดจึงเร็วขึ้น ด้วยการยุบตัวทำให้เกิดพลังงานความร้อน ในที่สุด ชิ้นส่วนเหล่านี้จะควบแน่นภายใต้ความร้อนและความดันเป็นทรงกลมก๊าซที่เรียกว่าโปรโตสตาร์ ถ้าดาวฤกษ์ดวงแรกมีมวลไม่มากพอ มันก็จะไม่ได้รับความดันและความร้อนที่จำเป็นสำหรับการหลอมนิวเคลียร์ และกลายเป็นดาวแคระน้ำตาล พลังงานที่เพิ่มขึ้นจากการหลอมรวมที่เกิดขึ้นที่จุดศูนย์กลางทำให้เกิดสภาวะสมดุลกับน้ำหนักของสสารของดาว ป้องกันการยุบตัวลงอีกแม้ในดาวมวลมหาศาล

สิ่งที่ประกอบเป็นดาวฤกษ์ส่วนใหญ่เป็นก๊าซไฮโดรเจน พร้อมด้วยฮีเลียมบางส่วนและส่วนผสมของธาตุ แรงดันและความร้อนมหาศาลในแกนกลางของดวงอาทิตย์เพียงพอที่จะทำให้เกิดการหลอมรวมของไฮโดรเจน ไฮโดรเจนฟิวชันจะอัดไฮโดรเจนสองอะตอมเข้าด้วยกัน ส่งผลให้เกิดอะตอมฮีเลียมหนึ่งอะตอม นิวตรอนอิสระ และพลังงานจำนวนมาก นี่คือกระบวนการที่สร้างพลังงานทั้งหมดที่ปล่อยออกมาจากดวงอาทิตย์ รวมถึงความร้อน แสงที่มองเห็นได้ และรังสี UV ทั้งหมดที่มาถึงโลกในที่สุด ไฮโดรเจนไม่ใช่องค์ประกอบเดียวที่สามารถหลอมรวมด้วยวิธีนี้ได้ แต่ธาตุที่หนักกว่านั้นต้องการแรงดันและความร้อนในปริมาณที่มากขึ้นตามลำดับ

ในที่สุดดาวฤกษ์ก็เริ่มหมดไฮโดรเจนซึ่งเป็นเชื้อเพลิงพื้นฐานและมีประสิทธิภาพมากที่สุดสำหรับการหลอมนิวเคลียร์ เมื่อสิ่งนี้เกิดขึ้น พลังงานที่เพิ่มขึ้นซึ่งรักษาสมดุลกำลังป้องกันไม่ให้เกิดการควบแน่นของดาวกระจายออกไปอีก ทำให้เกิดการยุบตัวของดาวฤกษ์ระยะใหม่ เมื่อการยุบตัวทำให้เกิดแรงกดบนแกนกลางที่เพียงพอและมากขึ้น จะเกิดฟิวชั่นรอบใหม่ คราวนี้จะเผาธาตุฮีเลียมที่หนักกว่า ดาวฤกษ์ที่มีมวลน้อยกว่าครึ่งหนึ่งของดวงอาทิตย์ของเราขาดวิธีการหลอมฮีเลียมและกลายเป็นดาวแคระแดง

เมื่อดาวฤกษ์เริ่มหลอมรวมฮีเลียมในแกนกลาง พลังงานที่ส่งออกไปจะเพิ่มขึ้นมากกว่าไฮโดรเจน ผลลัพธ์ที่มากขึ้นนี้จะผลักชั้นนอกของดาวออกไปให้ไกลขึ้น ซึ่งทำให้มีขนาดเพิ่มขึ้น น่าแปลกที่ชั้นนอกเหล่านี้อยู่ไกลจากจุดที่เกิดการหลอมรวมเพื่อทำให้เย็นลงเล็กน้อย โดยเปลี่ยนจากสีเหลืองเป็นสีแดง ดาวเหล่านี้กลายเป็นดาวยักษ์แดง ฮีเลียมฟิวชันค่อนข้างไม่เสถียร และความผันผวนของอุณหภูมิอาจทำให้เกิดการเต้นเป็นจังหวะ มันสร้างคาร์บอนและออกซิเจนเป็นผลพลอยได้ จังหวะเหล่านี้มีศักยภาพที่จะระเบิดชั้นนอกของดาวออกเป็นการระเบิดโนวา โนวาสามารถสร้างเนบิวลาดาวเคราะห์ได้ แกนดาวที่เหลือจะค่อยๆ เย็นลงและก่อตัวเป็นดาวแคระขาว นี่อาจเป็นจุดจบของดวงอาทิตย์ของเราเอง

ดาวฤกษ์ที่ใหญ่กว่าจะมีมวลมากกว่า ซึ่งหมายความว่าเมื่อฮีเลียมหมด ก็สามารถมีมวลใหม่ได้ รอบยุบสร้างแรงกดดันให้เริ่มฟิวชั่นรอบใหม่แต่หนักกว่าเดิม องค์ประกอบ สิ่งนี้สามารถดำเนินต่อไปได้จนกว่าจะถึงเหล็ก ธาตุเหล็กเป็นธาตุที่แบ่งธาตุที่สามารถผลิตพลังงานจากการหลอมรวมจากธาตุที่ดูดซับพลังงานจากการหลอมรวม: เหล็กดูดซับพลังงานเพียงเล็กน้อยในการสร้าง ตอนนี้การหลอมรวมกำลังระบายออก แทนที่จะสร้างพลังงาน แม้ว่ากระบวนการจะไม่สม่ำเสมอ (การหลอมเหล็กจะไม่เกิดขึ้นทั่วๆ ไปในแกนกลาง) ความไม่เสถียรของการหลอมรวมแบบเดียวกันในดาวมวลสูงมหาศาลสามารถทำให้พวกมันดีดเปลือกนอกของพวกมันในลักษณะที่คล้ายกับดาวฤกษ์ปกติ โดยผลลัพธ์จะเรียกว่าซุปเปอร์โนวา

การพิจารณาที่สำคัญในกลศาสตร์ของดาวคือสสารทั้งหมดในเอกภพที่หนักกว่าไฮโดรเจนนั้นเป็นผลมาจากนิวเคลียร์ฟิวชัน ธาตุหนักอย่างแท้จริง เช่น ทอง ตะกั่ว หรือยูเรเนียม สามารถสร้างได้จากการระเบิดซูเปอร์โนวาเท่านั้น ดังนั้น สสารทั้งหมดที่เราคุ้นเคยบนโลกจึงเป็นสารประกอบที่สร้างขึ้นจากเศษซากของดาวฤกษ์บางดวงในอดีต