Звездная эволюция

Ядерные реакции

Структура

Расположение лучистой зоны и конвекционной в звездах разной массы

В общем случае у звезды, находящейся на главной последовательности, можно выделить три внутренние зоны: конвективную зону и зону лучистого переноса.

Ядро - это центральная область звезды, в которой идут ядерные реакции.

Конвективная зона — зона, в которой перенос энергии происходит за счёт конвекции. Для звёзд с массой <0.5 M – это занимает все пространство от поверхности ядра, до поверхности фотосферы. Для звёзд с масссой сравнимой с солнечной конвективная часть находится между ядром и лучистой зоной. А для массивных звезд она находится на самом верху, над лучистой зоной.

Лучистая зона — зона, в которой перенос энергии происходит за счёт излучения фотонов. Для массивных звёзд эта зона расположена между ядром и конвективной зоной, у маломассивных она отсутствует, а у звёзд типа Солнца находится между конвективной зоной и поверхностью звезды.

На более поздних стадиях добавляются дополнительные слои, в которых идут ядерные реакции с элементами, отличных от водорода. И чем больше масса, тем больше таких слоев. У звёзд с массой, на 1 — 2 порядка превышающей М_ʘ таких слоев может быть 6, где в верхнем, первом слое всё ещё горит водород, а в нижнем идут реакции превращения углерода в более тяжёлые элементы, вплоть до железа. В таком случае в недрах звезды расположено инертное, в плане ядерных реакций, железное ядро.

Над поверхностью звезды находится атмосфера, как правило, состоящая из трех частей: фотосферы, хромосферы и короны.

Фотосфера - самая глубокая часть атмосферы, в ее нижних слоях формируется непрерывный спектр.

Для звёзд главной последовательности основным источником энергии являются ядерные реакции с участием водорода: протон-протонный цикл, характерный для звезд с массой около Солнечной и CNO-цикл, идущий только в массивных звёздах и только при наличии в их составе углерода. На более поздних стадиях жизни звезды могут идти ядерные реакции и с более тяжёлыми элементами вплоть до железа.

	Протон-протоный цикл	CNO-цикл
Основные цепочки	§ p + p → ²D + e+ + νe + 0,4 МэВ § ²D + p → 3He + γ + 5,49 МэВ. § 3He + 3He → 4He + 2p + 12,85 МэВ.	§ 12C + 1H → 13N + γ +1,95 МэВ § 13N → 13C + e+ + νe +1,37 МэВ § 13C + 1H → 14N + γ | +7,54 МэВ § 14N + 1H → 15O + γ +7,29 МэВ § 15O → 15N + e+ + νe +2,76 МэВ § 15N + 1H → 12C + 4He+4,96 МэВ

Звёздный ветер — процесс истечения вещества из звёзд в межзвёздное пространство.Звёздный ветер может играть важную роль в звёздной эволюции: так как в результате этого процесса происходит уменьшение массы звезды, то от его интенсивности зависит срок жизни звезды.

Звёздный ветер является способом переноса вещества на значительные расстояния в космосе. Помимо того, что он сам по себе состоит из вещества, истекающего из звёзд, он может воздействовать на окружающее межзвёздное вещество, передавая ему часть своей кинетической энергии.

Звезда начинает свою жизнь как холодное разреженное облако межзвёздного газа, сжимающееся под действием собственного тяготения. При сжатии энергия гравитации переходит в тепло, и температура газовой глобулы возрастает. Когда температура в ядре достигает нескольких миллионов Кельвинов, начинаются реакции нуклеосинтеза, и сжатие прекращается. В таком состоянии звезда пребывает большую часть своей жизни, находясь на главной последовательности диаграммы Герцшпрунга — Рассела, пока не закончатся запасы топлива в её ядре. Когда в центре звезды весь водород превратится в гелий, термоядерное горение водорода продолжается на периферии гелиевого ядра.

В этот период структура звезды начинает заметно меняться. Её светимость растёт, внешние слои расширяются, а внутренние, наоборот, сжимаются. И до поры до времени яркость звезды тоже понижается. Температура поверхности снижается — звезда становится красным гигантом. На ветви гигантов звезда проводит значительно меньше времени, чем на главной последовательности. Когда масса её изотермического гелиевого ядра становится значительной, оно не выдерживает собственного веса и начинает сжиматься; возрастающая при этом температура стимулирует термоядерное превращение гелия в более тяжёлые элементы.

Схема эволюции одиночных звёзд

Малые массы 0.08Msun<M*<0.5Msun	Умеренные массы 0.5Msun<M*<8Msun	Массивные звёзды 8Msun<M*<60-100Msun
	0.5Msun<M*<3Msun	3Msun<M*<8Msun	8Msun<M*<10Msun	M*>10Msun
горение водорода в ядре
гелиевые белые карлики	вырожденное He ядро	невырожденное He ядро
	гелиевая вспышка
спокойное горение гелия в ядре
C, O белый карлик	вырожденное CO ядро	невырожденное CO ядро
	углеродная детонация	горение углерода в ядре. CO в Fe
горение углерода в ядре: C в O, Ne, Si, Fe, Ni…
O, Ne, Mg… белый карлик или нейтронная звезда	чёрная дыра