Превръщане в червен гигант

В последния видеоурок имахме голям облак от водородни атоми, които кондензират при високо налягане, висока маса. Може да се каже, че е топка от водородни атоми, и когато налягането и температурата станат достатъчно високи, това, което видяхме в предното видео, когато налягането и температурата са достатъчно високи, тогава водородните протони, водородните ядра ще са достатъчно близко едно до друго, за да се проявят силните ядрени сили и да протече термоядрен синтез с освобождаване на енергия. Тогава тази енергия противодейства на гравитационната сила, за да не се свие звездата, да не се получи гравитационен колапс. Така младата звезда става звезда от главната последователност (съгл. диаграмата на Херцшпрунг-Ръсел). В това видео искам да продължим от тази точка и да видим какво се случва после в звездата. Значи имаме звезда от главната последователност, това е ядрото ѝ. Това е ядрото на звездата. Имаме водород, който се слива до хелий, като освобождава огромна енергия. Тази енергия е нещото, което поддържа ядрото от колапс, това е сила, която действа навън, и компенсира гравитационната сила, която иска да концентрира всичко, да свие всичко. Имаме ядрото на звезда като Слънцето, и тази енергия нагрява всички газове във външната част на ядрото, за да създаде наистина ярък обект, който виждаме като звезда, в нашия случай това е Слънцето! Когато водородът се слива до хелий, можем да си представим, че все повече хелий, се образува в ядрото... ще направя хелия зелен – още и още хелий се сформира в ядрото, като се образува предимно в близост до центъра, където е по-високо налягането и по-бързо става сливането, това горене. Всъщност колкото по-голяма е масата на звездата и налягането, толкова по-бързо протича термоядреният синтез. Имаме хелий, който се натрупва вътре в ядрото при сливането на водород. Какво ще се случи после? Хелият е по-плътен атом. Има повече маса в по-малко пространство, и колкото повече водород се превръща в хелий, това, което ще се случи, е свиване на ядрото. Ще нарисувам едно малко ядро, което ще се свие от само себе си, и сега има много повече хелий в него. Сега да разгледаме крайната точка, където има само хелий, ядрото е изчерпано, но е много по-плътно. Същото количество маса, което е било в тази сфера, сега е в по-плътна сфера, в сфера с хелий, така че има същото привличане, гравитационно привличане, но нещата могат да се доближат дори повече, а ние знаем, че колкото по-близко сме до масата, толкова по-силна е гравитацията, и вместо да имаме само водороден термоядрен синтез в ядрото, сега имаме сливане на водород и в обвивката около ядрото. Водородът се слива в обвивката около ядрото. Нека да уточня, че това не се случва изведнъж. Това е постепенен процес, при който имаме все повече и повече хелий в ядрото. Ядрото става все по-плътно и по-плътно, налягането се увеличава около ядрото, защото е възможно приближаване до по-масивното ядро, което сега е с по-голяма плътност. И с увеличаване на налягането около ядрото се увеличава още повече термоядреният синтез, който протича все по-бързо и по-бързо, докато не стигне до тази точка. По-точно имаме ядро от хелий, всичкият водород в ядрото е бил използван, а водородът, който е извън ядрото е под огромно налягане. Всъщност е под по-голямо налягане, от когато е бил просто водородно ядро, защото има много повече маса тук навън, предполагам, че мога да кажа, че е подложен на насочена навътре гравитационна сила, която го дърпа към все по-плътното ядро от хелий, защото е възможно всичко да се сближи още повече, и така сега синтезът протича дори още по-бързо, даже още по-бързо. Той протича в рамките на още по-голям радиус, значи този по-бърз синтез в по-голям радиус... сега силата ще изтласка... Енергията, която се освобождава от синтеза, сега ще изхвърли тези външни слоеве на звездата дори по- надалеч. През цялото време постепенният процес на превръщане на водород в хелий или сливане до хелий в ядрото, а водородът точно извън ядрото започва да гори все по-бързо. Не трябваше да казвам гори, започва да се слива все по-бързо и по-бързо, при все по-голям радиус, и тук... нелогичното нещо е, че синтезът протича по-бързо на по-голям радиус, а причината за това е по-плътното ядро, което упражнява още по-голямо гравитационно налягане, при което звездата става по-ярка. И понеже реакциите на термоядрен синтез протичат още по-интензивно и в по-голям радиус, те могат да изтласкват материала на звездата още по-надалеч, така че радиусът става все по-голям и по-голям. Тази звезда изглежда като тази тук, може би ще я нарисувам в бяло. Ако тази звезда изглежда като тази, това не е бяло, тази звезда изглежда като тази... о, какво се случва с инструмента за смяната на цветовете ? Готово, добре. Тази звезда изглежда ето така. Сега тази звезда тук, поради по-бързите реакции на термоядрен синтез, които протичат в по-голям радиус, ще бъде по-голяма, като дори няма да я рисувам в мащаб. В случая с нашето слънце, когато достигне до тази точка, то ще си увеличи диаметъра 100 пъти. И в този етап това е червен гигант. Причината да е по-червено от това тук, е, че макар и синтезът да протича по-буйно, енергията се разпределя върху по-голяма повърхност, като реалната температура на повърхността на червения гигант на този етап ще бъде по-ниска. Затова ще излъчва светлина с по-големи дължини на вълната. По-червената светлина ето тук се дължи на това, че това ядро не гори толкова буйно, колкото това ето тук. Но тази енергия се разпределя в по-малък обем, затова тук има по-висока температура на повърхността. Това ядро тук вече не гори, то е хелий, който не гори. То става все по-плътно, като хелият се сгъстява. Но водородният синтез тук протича по-интензивно, но повърхността тук е по-студена, защото просто е по-голяма повърхност, което компенсира по-голямата топлина, поради по-големия размер на звездата. Това ще продължи да се случва отново и отново, а налягането ще продължи да се увеличава, защото се образува повече хелий, това ядро продължава да се свива и температурата тук също се покачва. Затова казваме, че при първото запалване, първият синтез се случва при около 10 мил. келвина. Това ще продължи да се нагрява, докато не стигне 100 мил. келвина! Сега говорим за звезда, която е голяма колкото Слънцето. Някои звезди не са достатъчно големи, че да се получи кондензация на ядрото им, при която температурата достига 100 мил. келвина, но нека разгледаме само случаите, в които това се случва. Накрая стигаме до етап... все още сме във фазата на червения гигант. Имаме тази голяма звезда тук, имаме хелиево ядро. Хелият продължава да се кондензира, а после имаме обвивка от водород, който продължава да се слива до хелий, и това е нашата водородна обвивка. Водородният синтез протича в тази жълта обвивка тук и води до това радиусът на звездата да продължава да нараства, но когато температурата стане достатъчно висока... Сега ще ти разкажа как се получават по-тежките елементи във Вселената. Всички тези тежки елементи, които виждаш около теб, включително тези в теб, са се сформирали по този начин от водород. Когато стане достатъчно горещо, при 100 мил. келвина в това ядро, поради огромното налягане, самият хелий влиза в реакции на термоядрен синтез. Тук ще имаме ядро, в което хелият сам ще започне да се слива. Сега говорим за ситуацията, когато имаме хелий и водород и всички видове комбинации ще се сформират, но главно хелият ще се слее до въглерод и кислород, както и други елементи, и всичко става много по-сложно. Не искам да се впускам в подробности. Просто ще покажа Периодичната таблица. Аз някак я изгубих... Водородът тук има един протон, няма неутрони, в звездите от главната последователност той се превръща в хелий. 2 протона, 2 неутрона, трябват ни 4 от тези, за да получим един атом от този, защото реално има атомна маса 4, ако говорим за хелий-4. След това хелият, когато достигнем 100 мил. келвина, може да започне да се слива. Ако имаме грубо 3 такива атома, а знаем, че имаме всички тези други неща, които встъпват или се отделят при реакциите, може да получим въглерод, вземаме 4 от тях, 4 такива са суровината, от която ще получим кислород. Започват да се сливат все по-тежки елементи, това което се случва тук, е, че хелият се превръща във въглерод и кислород, като започва да се образува ядро от въглерод и кислород. Ще спра дотук, разбирам, че вече надминах лимита си от 10 минути. Нещото, върху което искам да помислиш, е какво би се случило тук. Какво би станало, ако тази звезда няма необходимата маса, за да започнат да се синтезират въглерод и кислород? Но ако има масата, ако е супер огромна звезда, накрая това ядро от въглерод и кислород ще се нагрее до 600 мил. келвина и ще започне синтез на още по-тежки елементи. Но нека да помислим какво би се случило със звезда като Слънцето, ако тя няма необходимата маса, или налягането за синтез на въглерод и кислород. Това ще бъде темата на следващото видео.