恒星的能量来源

最基本的明星是他们的财产辐射能必须来自内部来源。考虑到明星承受大的时间长度,太阳(约100亿年),它可以表明,无论是化学引力影响可能产生所需的能量。相反,导致必须核事件在轻核融合创造较重的原子核,不可避免的副产品能源(看到核聚变)。

在恒星的内部,粒子从各个方向快速移动,因为高温度礼物。经常有质子移动接近原子核被捕获,和一个核反应发生。只有质子的极高能量(多次平均能量等明星太阳)有能力生产这种核事件。融合所需的最低温度是大约1000万k .由于质子的能量与温度成正比,能源生产的速度随着温度的增加急剧上升。

太阳和其他正常的主序恒星,能量的来源在于转换氢来氦。核反应认为发生在太阳叫做与质子间的循环。在这种聚变反应,两个质子(¹H)碰撞形成氘核(细胞核氘,²H)的解放正电子(电子的带正电反物质总统表示e⁺)。也发出一个中性粒子的质量称为很小中微子ν。而氦“灰”仍然是在它被生成的核心,中微子逃离太阳内部在几秒钟内。正电子遇到一个普通的带负电荷的电子,和两个湮灭对方,多的能量被释放。这毁灭能量相当于1.02 megaelectron伏特(兆电子伏),与吻合较好爱因斯坦的方程E=米c²(米两个粒子的质量,c的光的速度,E释放的能量)。

接下来,氘核的质子碰撞形成的核心光氦原子的原子量3,³他。一个“硬”x射线(更高的能源之一)或伽马射线(γ)光子也是发出。最可能的事件链中遵循的碰撞³他和一个正常的细胞核⁴他核形成的核心铍原子的重量,⁷与另一个伽马射线光子的发射,。的⁷在将捕获一个质子核形成硼核的原子量8,⁸B,另一个的解放伽马射线。

的⁸然而,B核非常不稳定。它几乎立即衰变为铍原子量8日⁸,另一个正电子发射的中微子。原子核本身此后衰变为两个氦核,⁴他。这些核事件可以由以下方程:

在这些反应中,四个质子消耗形成一个氦核,而两个电子灭亡。

四个氢原子的质量是4×1.00797或4.03188,相对原子质量单位;氦原子的是4.0026。因此,0.02928原子质量单位,或0.7%的原始质量,已经消失了。其中一些已被冲走了难以捉摸的中微子,但大部分被转换为辐射能。为了继续以目前的速度闪亮,一个典型的恒星(如太阳)需要6.74亿吨氢转换为每秒钟6.7亿吨氦。根据这个公式E=米c²,超过四百万吨事字面上消失辐射每一秒。

这个理论提供了一个很好的了解太阳能一代,尽管几十年来遭受一个潜在的问题。的中微子来自太阳的通量是衡量不同的实验者,只有三分之一的通量的电子中微子发现预测的理论。(中微子有三种类型,每个带电轻子:电子中微子,μ介子中微子和τ中微子。)然而,在这段时间共识增长的太阳中微子问题和它的解决方案不是太阳的天体物理模型而是中微子本身的物理性质。在1990年代末和21世纪初,科学家们发现中微子振荡(改变类型)之间的电子中微子,创建的国家,他们在阳光下,μ介子和τ中微子,州到达时是很难发现的地球。

在热恒星能量的主要来源碳循环(也称为碳氮氧循环为碳,氮,氧气),氢转换成氦碳作为催化剂。反应进行如下:首先,碳原子核,¹²C,抓住了质子(氢核),¹H,形成核的氮,¹³N,伽马射线光子在这个过程中被释放;因此,¹²C +¹H→¹³N +γ。光¹³然而,N核是不稳定的。它能发出正电子,e⁺遇到一个普通的电子,e⁻而湮灭。一个中微子释放,产生的¹³C核是稳定的。最终,¹³C核捕获另一个质子,形式¹⁴N,发出另一个伽马射线光子。在符号所表示的反应方程式¹³N→¹³C +e⁺+ν;然后¹³C +¹H→¹⁴N +γ。普通的氮,¹⁴N,是稳定的,但当它捕获质子形成光oxygen-15的核,¹⁵啊,由此产生的核是不稳定的β衰变。因此发出正电子和中微子,一系列事件所表达的方程¹⁴N +¹H→¹⁵O +γ;然后¹⁵O→¹⁵N +e⁺+ν。正电子与电子,和两个彼此湮灭,而中微子逃跑了。最终,¹⁵N核遇到一个快速移动的质子,¹H,并捕获它,但是一个普通的形成¹⁶O核通过这一过程发生很少。最可能的质子捕获是一个崩溃的影响¹⁵N和回归¹²C细胞核,¹⁵N +¹H→¹²C +⁴他+γ。因此,最初的¹²C核重新出现,增加了四个质子,允许一个氦核的形成。相同数量的质量已经消失了,尽管它的一个不同的部分可能被带出的中微子。

只有躺在主序的最热的恒星光芒与碳循环产生的能量。微弱的红矮星使用与质子间的循环只,而明星等太阳主要由质子对发光反应,但一些贡献来自碳循环。

前面提到的数学关系尽管允许恒星结构需要解决的问题的复杂性问题。早期假设恒星有一个统一的化学作文在他们内部大大简化了计算,但它必须放弃在恒星演化的研究证明了作文恒星的变化与年龄(见下文后期的进化)。计算需要由一个循序渐进的过程称为数值集成。他们必须考虑到密度和一个明星的压力消失在表面,而这些量和温度保持有限的核心。

恒星内部的生成模型,包括质量之间的关系,光度和半径,很大程度上取决于能源运输的模式。在阳光下和微弱的主序星、能源运输在整个外层对流电流,而在内部深处,能量是通过辐射。热恒星的主要序列中,似乎正好相反。恒星内部深处的能量主要来自碳循环对流平衡,而在外面的部分是由辐射的能量。观察到的群众,光度,最主序恒星的半径可以复制合理和统一的化学成分。

化学均匀模型不能建造巨大的和超大的明星。如果一个黄色巨人等五车二被认为是建主序星,其中心温度是如此之低,没有已知核供应过程可能观察到的能量输出。进展只有假设这些恒星曾经主序的对象,在其发展的过程中,疲惫的氢内部深处。因而惰性核形成,主要由氦氢聚变过程中产生的灰烬。因为没有已知的氦核的反应发生在少数数千万k可能占了上风在这些内部,没有热能量可以释放这样的枯竭的核心。相反,能源被认为是产生在惰性核心周围的薄壳,一些燃料,并可能产生的碳循环。这样的模型被称为shell-source模型。恒星消耗越来越多的氢供应,其核心生长在质量恒星的外层信封继续扩大。这些shell-source模型解释观察到的光度,质量和半径巨人和超巨星。

氢燃料的消耗是明显的甚至矮,中年太阳等恒星。太阳以目前的速度似乎是闪亮的最后20%的目前的五十亿岁。观测到的亮度保持,太阳中心温度必须形成以来大幅增长太阳系,主要结果氢在其内部的损耗的相应增加分子量和温度。在过去的五十亿年里,太阳可能身披着半级;在早期的前寒武纪的时间(大约二十亿年前),太阳光度必须有一些比现在低20%。