L; еволюція; полотна
Але слід зазначити, що жодна з реакцій синтезу не є спонтанною: вони завжди є реакцією на гравітацію. Під час свого утворення зірки лише світять, оскільки, стискаючись під дією власної ваги, потенційна гравітаційна енергія речовини перетворюється на тепло і випромінювання. Займання, а потім згоряння водню, яке відбувається, само регулюється гравітацією: зоряна оболонка продовжує важити всією своєю вагою на серці зірки, де відбуваються термоядерні реакції, і використовується як клапана для запобігання втечі або ослаблення процес плавлення. Коли водень вичерпується, це знову гравітація, яка знову спричиняє скорочення, дозволяє знову підвищити температуру і дозволить (чи ні), якщо рівень достатній, початок реакцій плавлення гелію. І так далі, коли закінчується центральний гелій.
Все це пояснює, чому маса справді є ключовим фактором еволюції зірок. Наприклад, менш масивні зірки (ті, маса яких менше третини маси Сонця), не зможуть запалити свої запаси гелію і згаснуть, не ставши червоними гігантами. На відміну від цього, лише наймасивніші зірки (скажімо, від 8 до 10 мас Сонця) зможуть вийти за межі стадії горіння ядер гелію і вступити в стадію згоряння ядер вуглецю, кисню та азоту, що знаходяться в серці . Чим більша маса зірки, тим більше її життя насичене пригодами.
Однак з додатковим ускладненням. Усі зірки втрачають масу за час свого існування і, таким чином, певним чином модифікують правила гри своєї еволюції. Загалом їх втрата маси в основному пов’язана із зоряним вітром. Для тих, хто не дуже масивний, як Сонце, ця втрата маси незначна, доки вони залежаться на головній послідовності, на відміну від того, що вже спостерігається для дуже масивних зірок. Але явище з часом завжди наростає. В кінці фази червоного гіганта всі зірки відчувають крововилив, який видаляє більшу частину їх оболонки. Інший аспект зоряної еволюції з’являється знову, коли ми помічаємо, що зірки найчастіше живуть парами. Коли два компоненти обробляються, передача матеріалу може відбуватися від одного до іншого. Ми розуміємо, що їхня доля може потім раптово роздвоїтися на вибір прискореного омолодження (або старіння!).
Основна послідовність *
Запалювання ядерних реакцій позначає установку на основній послідовності. Це буде набагато стабільніший етап, а також, безумовно, найдовший етап в історії зірки. Її вихідна точка, з якої зазвичай визначається вік зірки, називається нульовим віком. На діаграмі HR зірки даного хімічного складу осідають відповідно до своєї маси на лінії, яка називається основною послідовністю нульового віку або ZAMS (= Нульова вікова основна послідовність).
Звідти, і протягом дев'яти десятих свого ядерного життя зірки не матимуть іншого заняття, як перетворити в своєму серці свої ядра водню в ядра гелію. Це найефективніший спосіб отримання енергії, і запаси водню в порівнянні з запасами інших складових зірки, ми розуміємо, що це так звана основна послідовність, яка також є тією, в якій знаходиться Сонце за 4,5 млрд. років, відповідає золотому віку зоряного існування. Це також фаза великої стабільності. Радіус і світність зірки мало змінюються під час перебування в основній послідовності. Цілком можуть бути виверження, які впливають лише на периферійні шари зірок, але вони жодним чином не впливають на середній потік випромінюваної енергії, який залишається надзвичайно стабільним. Втрати маси внаслідок дії зоряних вітрів також залишаються дуже обмеженими, навіть у випадку наймасивніших зірок, на які більше впливає явище.
Перетворення водню в гелій відбувається по суті за двома ланцюгами: протон-протонні реакції та кільце CNO Бете, де вуглець відіграє роль каталізатора. Перші здебільшого домінують у менш масивних зір і залишаються основним механізмом виробництва енергії на нашому Сонці. Цикл CNO, однак, набуває все більшої ваги, оскільки ми вважаємо, що все більше і більше масивних зірок з часом стає майже ексклюзивним механізмом виробництва енергії в зірках.
Тривалість перебування зірки в основній послідовності безпосередньо залежить від швидкості, з якою вона витрачає свої запаси водню та їх початкової кількості. Оскільки саме це споживання пов'язане з масою зірки, через відношення маса-світність, ми можемо виразити час життя зірки на головній послідовності як функцію її початкової маси.
Тривалість Т пропорційна доступній масі, поділена на світність. Є:
Висловивши в (1) значення L згідно (2), одразу виходить:
Великий вигин
Коли водень, присутній у зоряному ядрі, повністю вичерпується, виробництво енергії припиняється. Тоді тиск і температура недостатні для ядер гелію, і тепер, в свою чергу, лише мешканці центральних областей зірки можуть зливатися. Однак це залишається можливим, але те, що далі, залежить від маси відповідної зірки. Таким чином, зірки, маса яких менше 0,3 маси Сонця, тобто червоні карлики, відтепер виведені з гри. Вони вже не можуть краще, ніж охолоджувати себе на невизначений час, стискаючись під власною вагою, поки їх, безсумнівно, не заблокує дедалі важливіша концентрація виродженої речовини. Вона стає білим карликом, тобто зоряним трупом, дуже компактним, приблизно розміром із Землю. Для інших зірок пригода триває і перетворить їх на гігантів.
Все для них, як і для червоних карликів, починається з продовження скорочення вимерлого серця, але в цьому випадку маси оболонки достатньо, щоб гравітаційна енергія, що виділяється під час цього скорочення, викликала перезапуск ядерних реакцій.
Еволюція зірки популяції I з 5 сонячних мас. (За І. Ібеном, 1967c).
Ядра водню нижніх областей оболонки, стикаючись із серцевиною гелію і на яких лежить вся вага зірки, нагріваються, досягаючи, у свою чергу, доленосних 10 мільйонів градусів. Це починає новий процес, який називається шаровим згорянням. Це триває лише кілька десятків тисяч років, протягом яких його наслідки спочатку не дуже помітні. Потім, поки яскравість залишається приблизно постійною, температура значно падає. Зірка відхиляється від основної послідовності і стає дуже червоною. Перехідна фаза, яка відповідає субгігантській стадії, яка для зірки з масою Сонця триватиме сто мільйонів років.
Поступово з'явилися конвекційні рухи, які дозволять більш ефективно доставляти цю новостворену енергію на поверхню. Енергія, яка не буде використана для того, щоб зробити зірку більш світлою, але яка нагріває оболонку до такої міри, що вона набухає у значних пропорціях. На діаграмі HR представницька точка зірки приєднується, скажімо, лише кілька сотень тисяч років для зірки сонячної маси, зони, званої (першою) гілкою гігантів.
Доріжка гіганта
Запалювання гелію.
Розширення оболонки після того, як зірка залишила основну послідовність, не заважає продовжувати скорочення серця, де гравітаційна енергія, таким чином, перетворюється в тепло. Підвищення температури призводить до порогу, який оцінюється в 120 або 140 мільйонів градусів, за яким нова серія реакцій синтезу почне перетворювати гелій у вуглець і кисень. Це потрійний альфа-механізм.
У наймасивніших зір ми спостерігаємо спалах гелію без особливого шуму. Але зірки, маса яких менше приблизно 2,25 маси Сонця, температури ядра яких були нижчими, мали свої ядра, які змогли скоротитися ще на одне, аж до досягнення межі, встановленої появою електронного виродження. Ця блокада в скороченні вводить розрив, який проявляється в момент спалаху потрійного альфа-злиття раптовим вибухом, який називається спалахом гелію.
Якими б не були обставини, за яких відбувається загоряння гелію, що міститься в серці зірки, решта ідентична і протікає гладко. Зоряне ядро нагрівається і набрякає. Це впливає на зменшення тиску, що чиниться на водень, розташований на його периферії, горіння якого шарами послаблюється. Це призводить до зменшення радіаційного тиску на конверт, який, отже, може, принаймні спочатку, трохи здуватися. Тому зірка також трохи втрачає свою світність. Потім умови евакуації енергії оболонкою трансформуються (зупиняючи конвекцію) і світність знову підвищується. Протягом усього переходу температура ніколи не припинятиме зростати. І тепер, на діаграмі HR, репрезентативна точка зірки таким чином еволюціонує вліво вздовж області, званої горизонтальною гілкою.
Горизонтальна гілка.
Горіння центрального гелію з часом переходить в оптимальний режим роботи. Але це не триває, адже зараз запаси в серці практично вичерпані. Серце знову охолоджується і стискається. Тепер зірка рухається по горизонтальній гілці діаграми HR у зворотному напрямку, до напрямку охолодження.
Стадіон AGB
Коли потрійний альфа-процес повністю зупиняється в серці, воно складається лише з ядер вуглецю та кисню, які щойно там синтезувались. На периферії спостерігаються явища, подібні до тих, що мали місце під час зупинки реакцій плавлення центрального водню, тобто горіння шарами, щодо цього часу гелію. Штраф тоді такий самий, як і раніше, зірка збільшується в радіусі і, отже, у світності. Його репрезентативна точка на діаграмі HR розташована в області, яка називається асимптотичною гілкою гігантів або AGB (= асимптотична гігантська гілка).
Це відповідає новій фазі, коли зірка постає червоним велетнем. Вона світить ще яскравіше, ніж раніше, але вона також надзвичайно неспокійна. Навколо свого ядра не тільки гелій, а й, вище, водень, викидається в шарове згоряння. Це структурування створює проблеми з евакуацією енергії, що призводить до появи нестабільності різного роду, і до загальних великих коливань яскравості цих зірок, як, зокрема, Міра Сеті (Кит).
Зірки AGB також характеризуються геморагічним витісненням матеріалу з їх оболонки. У евакуйованому таким чином газі ми зустрінемо незначну частку важких елементів, синтезованих у глибоких регіонах, серед яких певні рідкісні елементи (лантан, барій), синтезовані вторинними реакціями, і які сприятимуть хімічному збагаченню довкілля . міжзоряний. Крім того, ці атоми, вигнані в середовищі, що зазнає випромінювання низької енергії, часто збираються у молекули, а ще більші агрегати - зерна пилу. Зірки, які досягли цієї стадії, є великими постачальниками пилу міжзоряного середовища.
Кладовище зірок
Білі карлики і планетарні туманності
Якщо відкинути наймасивніші зірки, то після кількох десятків тисяч років, витрачених на те, щоб позбутися їх оболонки, від зірок, які дійшли до стадії AGB, залишилось не так багато. В основному оголене серце, насправді. Зірки, початкова маса яких становила менше восьми-десяти мас Сонця, таким чином, отримують масу того самого порядку, що і маса Сонця, або менше. Цього вже недостатньо, коли гелій закінчив своє згоряння, щоб відновити новий процес синтезу ядра. Цей, що складається з вуглецю, кисню, азоту, знову стискається, але не запускатиметься знову. На периферії надзвичайно гарячого ядра можна буде деякий час спостерігати продовження горіння в шарах гелію або водню відповідно до ядер, які збереглися, але не більше того. Тепер об’єкт - зірка, якщо ще не мертвий, принаймні в агонії.
З припиненням ядерних реакцій та наступним охолодженням скорочення триває, поки воно не блокується виродженням електронів. Протягом короткого періоду, коли температура ще досить висока, зірка інтенсивно випромінює ультрафіолет. Це дозволяє освітленню газу, що розширюється, викинутого під час фази AGB, створити вигляд планетарної туманності. І ось у той час на її периферії все ще тривають злиття, навіть вибухи різних причин (остаточний спалах гелію, як це було у зірки Сакураї, або нові явища, спричинені припливом речовини від супутника), це лише затримує невблаганне охолодження. Тоді зірка - це лише білий карлик. Близько 15% зірок у нашій галактиці належать до цієї категорії зірок. Це випадок із супутником Проціона (Маленького Собаки) та Сіріуса (Великого Собаки) або зірки Ван Маанена у Рибах.