<< 6.4 Эволюция звезд главной ...
| Оглавление |
6.6 Определение возраста скоплений >>
Горение гелия затруднено тем обстоятельством, что отсутствуют устойчивые ядра с
атомным весом и (если бы они существовали, то были бы возможны реакции
и
). Однако слияние трех ядер гелия дает
устойчивое ядро с атомным весом 12:
. Поэтому дальнейшая
эволюция звезды определяется этой так называемой 3-реакцией. Ядра
и
неустойчивы и быстро распадаются. Например,
с
Тем не менее тот факт, что ядро
хотя и неустойчиво, но все же существует
в течение времени порядка
с, оказывается существенным. Вероятность
реакции при тройном столкновении -частиц с произвольными энергиями намного
меньше вероятности того, что две -частицы имеют энергию как раз такую, что
они (хотя и ненадолго) образуют систему
. Такая система -- ядро
в подавляющем большинстве случаев распадается обратно на две -частицы, но
все же изредка происходит столкновение
с третей -частицей, приводящее
к образованию
. При больших температурах в термодинамическом равновесии
имеется некоторая концентрация ядер
, определяемая формулой Саха:
Столкновение ядер
с
приводит к образованию ядра
.
Так как вероятность процесса пропорциональна произведению концентраций
и
то скорость реакции
, если рассчитывать ее на единицу объема, или
-- на единицу массы. Однако ни столкновение , ни столкновение
с само по себе не приводит к образованию стабильного ядра
,
пока система не избавиться от лишней энергии. Избыток энергии трех покоящихся
-частиц над энергией
равен 7,28 МэВ, для горячих -частиц
он еще больше. При этом энергию не может унести нейтрон или протон -- на это энергии не
хватает, да и получился бы
или
,
а не
.
Значит энергию уносят фотоны или пары (см. ниже). Снова вероятность
процесса увеличивается, если система долго живет в данном состоянии , т. е. если
мы имеем дело с определенным возбужденным состоянием ядра
, а не
системой, состоящей из 6 протонов и 6 нейтронов (или 3 -частиц) с произвольной
энергией, не равной энергии какого-либо возбужденного состояния
.
|
Рис. 36. | Рис. 37. |
Ядро
обладает большим количеством уровней
(рис. 36). Один из уровней
с энергией МэВ находится в резонансе с тремя ядрами гелия --
,
обладающими избытком кинетической энергии (7,66-6,28=0,38) МэВ. Это возбужденное
состояние, так же как и основное, имеет спин .Поэтому переход с уровня 7,66 МэВ
в основное состояние
не может идти с испусканием одного -кванта
(спин которого равен 1). Наиболее вероятным является переход с испусканием
электронно-позитронной пары
Снятие возбуждения может происходить также с испусканием квантов через промежуточный
уровень МэВ.
Полная вероятность реакции на единицу массы пропорциональна
. Сравним калорийность -реакции с -циклом:
МэВ
МэВ
т.е. выделение энергии на грамм в -реакции на порядок меньше.
Постепенно гелий в центре тоже выгорает -- возникает гелиевый слоевой источник,
а водород при этом продолжает гореть во внешнем слоевом источнике
(рис. 37). На
стадии гелиевого слоевого источника сильно возрастает светимость звезды, увеличивается
ее радиус, и на диаграмме ГР звезда попадает в область красных сверхгигантов
(рис. 35).
В дальнейшем (в достаточно массивных звездах) загорается углерод. Должно идти
образование более тяжелых элементов O, Mg, Ne и т. д. во все убыстряющемся темпе.
И наконец, такая звезда должна достичь состояния, при котором теряется ее устойчивость.
Однако пока не существует хороших расчетов, доведенных до конца. Положение дел
усложняется наличием большого числа слоевых источников и ядерных реакций, скорости
которых плохо изучены. Кроме того, возникают тепловые неустойчивости, вспышки
и т.п. Все это затруднят проведение детальных расчетов.
Ниже мы обсудим ряд характерных моментов, которые возникают при расчетов эволюции звезд
и имеют достаточно простое физическое истолкование.
<< 6.4 Эволюция звезд главной ...
| Оглавление |
6.6 Определение возраста скоплений >>
Посмотреть комментарии[2]
|