Бели и черни джуджета

В последното видео започнахме със звезда, която, като Слънцето, е от главната последователност. В ядрото на тази звезда има термоядрен синтез, при който водородът синтезира хелий. Ето го синтеза в ядрото, а извън него има просто водород. Просто водородна плазма. Под плазма имаме предвид, че електроните и протоните на отделните атоми са се дисоциирали поради огромната температура и налягане. Може да се каже, че става дума за супа от електрони и протони, а не познатите ни при по-ниски температури атоми. Ето това е звезда от главната последователност. В последното видео видяхме как водородът се синтезира в хелий. Тоест тук има все повече хелий. Колкото повече хелий има, толкова по-плътно става ядрото, защото хелиевият атом има по-голяма плътност. Побира повече маса в по-малко обем. Това става все по-плътно. Ядрото също става все по-плътно. Колкото по-плътно е ядрото, толкова по-бързо протича синтезът. Понеже е по-плътно, има по-голямо гравитационно налягане, повече маса се опитва да достигне ядрото, по-голямото налягане върху водорода, участващ в синтеза, води до това, че реакцията се ускорява. Нека го запиша; водородът синтезира хелий все по-бързо. Това се наблюдава и при нашето Слънце. Днес то е по-ярко и по-горещо. Синтезира хелий все по-бързо, отколкото в началото, преди 4,5-4,6 милиарда години. В един момент обаче се стига дотам, че в ядрото има само хелий. Тоест се оказва, че ядрото е изцяло от хелий. Също така е доста по-плътно от това ядро тук. Цялата тази маса се е превърнала в хелий. Не цялата. Една част се е превърнала в енергия. Повечето от нея обаче вече е в хелия, обособена в много по-малък обем. През това време температурата се е покачвала и синтезът е все по-бърз и по-бърз. Този плътен обем хелий обаче е изразходил водорода и синтезът тук спира. Както видяхме в това видео, има обаче една обвивка около него с водород, който може да участва в синтез на хелий. Това е термоядрен синтез, който продължава. Тук пък има водородна плазма. Нещото, което не е очевидно, или поне за мен първоначално не беше, е онова, което се случва с ядрото – то става все по-плътно. Синтезира все по-бързо. Става все по-горещо. Тоест ядрото се нагорещява, синтезира се по-бързо, става все по-плътно. Представям си как започва да се свива в себе си, да колапсира. Става все по-горещо и по-плътно. В същото време обаче самата звезда се уголемява. Този чертеж не е в правилния мащаб. Червените гиганти са много по-големи от звездите от главната последователност. Представи си, че през цялото време, в което ядрото става по-плътно, останалата част от звездата става по-малко плътна. Така се получава, защото генерира толкова много енергия, че компенсира все по-добре наличното гравитационно привличане. Тоест, макар това да е по-горещо, може по-добре да разпредели материала в по-голям обем. Обемът е толкова голям, че повърхността на червен гигант, както видяхме в последното видео, всъщност е по-хладна – нека го запиша по-четливо – е по-хладна от повърхността на звезда от главната последователност. Това тук е по-горещо. Също, за да имаш идея, когато Слънцето стане червен гигант, а това със сигурност ще се случи, диаметърът му ще е 100 пъти по-голям от сегашния. С други думи, ще има диаметър колкото орбитата на Земята около сегашното Слънце. Иначе казано – тук, където сме в момента, ще бъде повърхността или близо до повърхността или дори вътре в бъдещото Слънце. Тоест, щом Слънцето стане червен гигант, Земята няма вече да е дори и точка. Дотогава ще се е втечнила и изпарила. Това Слънце е наистина огромно. Представи си само! На светлината в момента ѝ отнема осем минути, за да стигне от сегашното Слънце до нашето положение. Толкова са големи тези звезди. На светлината би ѝ отнело 16 минути, ако пътува по въпросния диаметър, за да стигне от единия край до другия, и дори повече, ако пътува по обиколката. Това са невъобразимо големи звезди. Ще си говорим и за други звезди в бъдеще. Те стават дори по-големи, щом се превърнат в супергиганти. Както и да е, има водород в центъра – извинявам се, има хелий в центъра. Нека го запиша. Има хелиево ядро в центъра. Синтезира се все по-бързо и по-бързо. Вече е червен гигант. Ядрото става все по-горещо, докато не достигне температурата, при която хелият започва да участва в термоядрения синтез. Тоест докато не стане 100 милиона Келвина – спомни си, че температурата на възпламеняване на водорода беше 10 милиона Келвина. Сега сме на 100 милиона Келвина, 10 пъти по-голяма температура. Изведнъж в ядрото започва термоядрен синтез на хелиевите ядра. Споменахме и в предишното видео, че чрез хелия се синтезират по-тежки елементи. Някои от тези по-тежки елементи – те са основно въглерод и кислород. Може би заподозря, че така се образуват по-тежките елементи във Вселената. Получават се поради термоядрен синтез в ядрата на звездите. Това важи особено за елементите по-леки от желязото. Както и да е, в ядрото се извършва термоядрен синтез на хелий. Има обвивка от хелий, който все още не може, не е под достатъчно голямо налягане или температура, за да участва в синтез. Обикновен хелий. Извън това обаче има достатъчно голямо налягане и температура, за да продължи термоядрен синтез с водород. Тоест тук отвън има термоядрен синтез от водород. Още по-навън пък има обикновена водородна плазма. Какво се случи току-що? Щом вече има хелиева термоядрена реакция, пак има някакъв източник на енергия, който да подпомага ядрото да се разширява отвътре навън. Той ще се противопостави на все по-голямото свиване на ядрото в резултат от по-голямата плътност, защото излъчва енергия, която избутва вещество навън. В същото време все повече и повече водород в този слой се превръща – синтезира – в хелий. Тогава инертната част на хелиевото ядро става дори по-голяма и плътна, още по-голяма, и оказва по-голямо налягане върху вътрешната част. Това, което ще се случи след малко, предполагам, от космологична гледна точка, е, че хелиевият синтез ще започне да гори супер– не бива така – ще се "възпламени" или синтезира на супер-горещо ниво. Задържа се обаче от налягането. В някакъв момент обаче налягането няма да може да го задържи и ядрото ще избухне. Това обаче няма да е катастрофална експлозия, при която звездата ще бъде унищожена. Просто в звездата ще се освободи много енергия наведнъж. Това се нарича "хелиева светкавица". Веднъж щом това стане, вече звездата ще е "по-стабилна". Слагам това в кавички, без да го записвам, защото червените гиганти по принцип са по-малко стабилни от звездите от главната последователност. Веднъж щом това стане, звездата ще има малко по-голям обем. Тоест не се сдържа в един тесен обем. Хелиевата светкавица се "погрижи" за това. Вече хелият синтезира въглерод и кислород. Има и разнообразни други комбинации. Очевидно има доста елементи между хелия, въглерода и кислорода. Това обаче са доминантните. Извън този слой се образува хелий. Има несинтезиращ хелий. Още по-навън пък има синтезиращ водород. Тук има водород, синтезиращ хелий. В останалата част на радиуса на нашия суперголям червен гигант има само водородна плазма. Какво ще стане с тази звезда, докато остарява? Е, ако ускорим малко напред – и помни, колкото по-плътно става ядрото на една звезда, и колкото по-бързи стават реакциите в него, толкова повече енергия се излъчва навън и звездата расте на големина. Повърхността пък става все по-студена. Ако ускорим напред, това ще се случи с нещо с масата на нашето Слънце, ако е по-голямо, в някакъв момент новообразуваното ядро от въглерод и кислород ще започне да синтезира дори по-тежки елементи. Слънцето, от своя страна, никога няма да достигне 600 милиона Келвина и да накара въглерода и кислорода да участват в термоядрена реакция. Накрая ще има ядро от въглерод и кислород или основно въглерод и кислород, обградени от синтезиращ хелий – синтезиращ хелий, обграден от несинтезиращ хелий, обграден от синтезиращ водород, обграден от несинтезиращ водород, или водородна плазма. Цялото това гориво обаче в един момент ще се изчерпи. Целият водород в звездите ще се изчерпи. Всичкият този водород, всичкият този водород, участващ в термоядрения синтез, ще се изчерпи. Синтезиращият хелий също ще свърши. Това е синтезиращ водород. Това е инертният хелий, който ще свърши. Ще бъде използван в такъв тип в ядрото, и синтезиран във въглерод и кислород, докато не стане така, че има само едно много горещо ядро от въглерод и кислород. То също така е суперплътно. То ще става все по-плътно с появата на все по-тежки елементи в него, докато това се случва. Става все по-плътно и по-плътно. Суперплътното нещо обаче няма – в случая на Слънцето, а ако беше по-масивна звезда, щеше – но Слънцето няма да стане достатъчно горещо, за да се синтезират въглерода и кислорода по-нататък до по-плътни елементи. Тоест ще бъде просто една много плътна топка въглерод и кислород и друг остатъчен материал. В него има огромно количество енергия. То излъчва тонове енергия. Колкото по-нататък във времето разглеждаме, толкова повече енергия се излъча навън, толкова по-голям става радиусът на звездата и толкова по-студена става повърхността ѝ, докато не стане като облак, огромен облак от газ, който някога е бил звезда. В центъра пък – мога да го нарисувам като огромно – това вече е доста далеч от звездата, много по-голямо е от радиуса или диаметъра на червен гигант. Ще остане само една маса, една суперплътна маса, може да се каже, инертен въглерод или кислород. Това ще е в случая на Слънцето. Първоначално, докато е горещо, ще излъчва радиация поради високата температура. Това ще наречем "бяло джудже". Това тук е бяло джудже. То ще се охлажда много, много, много дълъг период от време, докато не е напълно охладено, изгубило цялата си енергия – ще бъде просто една суперплътна топка въглерод и кислород, която вече ще наречем "черно джудже". Очевидно, те се наблюдават доста трудно, защото не излъчват светлина. Нямат и огромна маса като черна дупка например, която също не излъчва светлина, но може да се види как влияе на нещата около себе си. Това ще се случи със Слънцето. В следващите няколко видеа ще си поговорим за това какво се случва с по-малко масивни от Слънцето неща, както и такива, които са по-масивни от Слънцето, макар да мисля, че можеш да си представиш за по-масивните. При тях ще има толкова много налягане поради огромната маса, че тези неща ще синтезират по-тежки и по-тежки елементи, докато не стигнат до желязо.