Original: http://faculty.wcas.northwestern.edu/~infocom/The%20Website/end.html
Гелієвий спалах
Початок кінця для червоного гіганта маси нашого Сонця відбувається дуже несподівано. Оскільки гелій “золи” продовжує накопичуватися в його центрі, більш висока частина з них перетворити електрон-дегенерат. Це дивний парадокс: навіть коли зовнішні шари червоного гіганта розширюються в величезний, але розрідженій хмара, його внутрішнє ядро стискається, щоб сформувати похований білого карлика. Температура і тиск в ядрі Сонця буде рости в 10 разів їх поточні значення. І приблизно 1,2 мільярда років після того, як вона залишає головну послідовність, на піку своєї слави в якості червоного гіганта, в центрі гелієвого ядра Сонця стане досить масивна, щільна і гаряча, щось дивовижне відбуватиметься: протягом кількох хвилин, вона буде займатися і горіти.
Коли температура в ядрі досягає близько 100 мільйонів градусів, гелій почне зливатися в вуглець за допомогою реакції, відомої як процес потрійний альфа, так як він перетворює три ядра гелію в один атом вуглецю. Це породжує велику кількість тепла. Однак, на відміну, коли Сонце була молода і її ядро міститься звичайна речовина, при додаванні більшої кількості тепла до електронно-виродженим гелію не викликає її розширення і прохолодний. Як я вже зазначав, коли я обговорював квантової механіки, електрон-виродженим матерія поводиться скоріше як рідина, ніж газ, коли ви нагріти її: її температура швидко піднімається, але вона не розширюється. Іншими словами, саморегулюючий механізм, який тримає зірки головної послідовності настільки стабільна (гідростатичний рівновагу) згортається в електронно-виродженим речовині. Якщо ви додаєте тепла до білого карлика, він просто стає більш гарячим.
Як це відбувається, процес потрійний альфа є виключно високою в залежності від температури: подвоєння температури реакції змушує його швидше працювати приблизно в трильйон разів! Так що, як сплаву гелію нагріває ядро, яке не може розширюватися, щоб охолонути, підвищена температура викликає злиття гелію раптово приступити мільйони разів швидше, що дуже швидко нагріває ядро ще більше, що в свою чергу призводить до того, гелій запобіжник шлях, спосіб швидше…
Коротше кажучи, в центрі ядра гелію вибухає. Близько 6% ядра гелію електрон-виродженим, який тепер важить близько 40% сонячної маси, зливають в вуглець протягом декількох хвилин. (Це відповідає спалюванню близько десяти мас Землі гелію в секунду, якщо ви набрати очки.) Зі зрозумілих причин, астрономи називають це гелієвим спалахом. Приблизно в той час, необхідне для тосту рогалик, попуски флеш стільки енергії, скільки наше нинішнє Сонце породжує в 200 мільйонів років. На висоті спалаху, ядро Сонця буде дуже коротко дорівнювати сукупним світність всіх зірок в галактиці Чумацький Шлях! Можна собі уявити, що пожежа такого масштабу буде мати істотний вплив на червоний гігант – і це робить, в деякому сенсі, але не майже так раптово і сильно, як ви могли б подумати.
Це відбувається тому, що ми схильні недооцінювати серйозність. У порівнянні з лякаючою силою ядерної зброї, енергія, що виробляється шляхом скидання кілька каменів, здається, не дуже вражає. Але насправді, гравітаційна енергія надзвичайно щільних, дуже великих мас вражає – це тільки наше людське упередження, що виникають у зв’язку з тим, що ми живемо на худого гальки, що не є ні масовим, ні густа, що змушує нас думати інакше.
Припустимо, ми взяти на Землю в якості прикладу великого, щільного об’єкта, навіть якщо мова йде про щільну, як цукрова вата, коли в порівнянні з білим карликом. Для того, щоб роздути Землю в два рази більше його розміру – тобто, щоб підняти масу Землі проти своєї власної ваги, поки її радіус не в два рази – зажадає все сонячної енергії, що падає на поверхню Землі (всього лише 185 000 000 000 мегават) для наступних 13 мільйонів років! Під час гелієвого спалаху, вироджених сердечником зірки нагрівається так сильно, що вона, нарешті, “випаровуються”, так би мовити. Тобто, окремі ядра починають рухатися так швидко, що вони можуть “википає” і позбутися від неї. Ядро повертається назад в (вражаюче щільний) нормального газу, і потужно розширюється. Величезний гравітаційна енергія, необхідна для розширення 100000 мас Землі з виродженням та до декількох раз їх початкового об’єму знаходиться на одному рівні з виділенням енергії гелію спалаху. Або, іншими словами, майже вся енергія спалаху поглинається титанової гирьового спорту необхідно піднімати сердечник зі свого білого карлика стані. По суті, жодна з енергії не досягає поверхні червоного гіганта, і справді, якщо ви спостерігали червоний гігант з вашим неозброєним оком, як його гелієм ядро майнула над, сумнівно, що ви помітили б що-небудь взагалі. Так, за людськими мірками, гелій спалах невтішний дрантя, щоб спостерігати. За галактичним мірками, однак, червоний гігант був убитий пострілом в серце. Раптове розширення основних результатів в режимі охолодження настільки сильним, що це щось на зразок початку льодовикового періоду. Охолодження відразу ж призводить до значно більш низький тиск у водневій горіння оболонки, яка оточує серцевину, і, отже, до згубного падіння виходу енергії. На шкалі часу, яка майже миттєво в порівнянні зі звичайною тимчасової шкали, що зірки працюють на (можливо, всього лише 10 000 років), діаметр червоного гіганта і світність різко впаде до менш ніж 2% від своїх колишніх цінностей. Для зірок більша за масу нашого Сонця, результатом гелієвого спалаху є колапс в помаранчево-жовта зірка з, можливо, в десять разів поточного сонячного діаметру і 40 раз світність. Це досить розчаровує.
Припустимо, ми взяти на Землю в якості прикладу великого, щільного об’єкта, навіть якщо мова йде про щільну, як цукрова вата, коли в порівнянні з білим карликом. Для того, щоб роздути Землю в два рази більше його розміру – тобто, щоб підняти масу Землі проти своєї власної ваги, поки її радіус не в два рази – зажадає все сонячної енергії, що падає на поверхню Землі (всього лише 185 000 000 000 мегават) для наступних 13 мільйонів років! Під час гелієвого спалаху, вироджених сердечником зірки нагрівається так сильно, що вона, нарешті, “випаровуються”, так би мовити. Тобто, окремі ядра починають рухатися так швидко, що вони можуть “википає” і позбутися від неї. Ядро повертається назад в (вражаюче щільний) нормального газу, і потужно розширюється. Величезний гравітаційна енергія, необхідна для розширення 100000 мас Землі з виродженням та до декількох раз їх початкового об’єму знаходиться на одному рівні з виділенням енергії гелію спалаху. Або, іншими словами, майже вся енергія спалаху поглинається титанової гирьового спорту необхідно піднімати сердечник зі свого білого карлика стані. По суті, жодна з енергії не досягає поверхні червоного гіганта, і справді, якщо ви спостерігали червоний гігант з вашим неозброєним оком, як його гелієм ядро майнула над, сумнівно, що ви помітили б що-небудь взагалі. Так, за людськими мірками, гелій спалах невтішний дрантя, щоб спостерігати. За галактичним мірками, однак, червоний гігант був убитий пострілом в серце. Раптове розширення основних результатів в режимі охолодження настільки сильним, що це щось на зразок початку льодовикового періоду. Охолодження відразу ж призводить до значно більш низький тиск у водневій горіння оболонки, яка оточує серцевину, і, отже, до згубного падіння виходу енергії. На шкалі часу, яка майже миттєво в порівнянні зі звичайною тимчасової шкали, що зірки працюють на (можливо, всього лише 10 000 років), діаметр червоного гіганта і світність різко впаде до менш ніж 2% від своїх колишніх цінностей. Для зірок більша за масу нашого Сонця, результатом гелієвого спалаху є колапс в помаранчево-жовта зірка з, можливо, в десять разів поточного сонячного діаметру і 40 раз світність. Це досить розчаровує.
Кінець Сонця
Остаточні 140 мільйонів років або близько того життя Сонця буде дуже складним.
Після його розпаду, як показано на малюнку 1, Сонце буде відновити себе як зірка з джерелом подвійний енергії: він матиме щільну (але не електрон-вироджених) ядро вуглець-кисень, оточений оболонкою, де гелій горить в вуглець , і за її межами, що вона буде мати ще одну оболонку, де водень спалювання в гелій. (Ядро кисню створюється шляхом повільного злиття між вуглецем і гелію на поверхні сердечника. У важких зірок, кисень в свою чергу може підривника з гелієм, щоб зробити неон.) Гелій фьюжн виробляє тільки 9% більше енергії на кілограм, ніж злиття водню , так що енергетично, Сонце продовжує залишатися в основному реактор водень. 90% від його світність досі походить від спалювання водню.
Після його розпаду, як показано на малюнку 1, Сонце буде відновити себе як зірка з джерелом подвійний енергії: він матиме щільну (але не електрон-вироджених) ядро вуглець-кисень, оточений оболонкою, де гелій горить в вуглець , і за її межами, що вона буде мати ще одну оболонку, де водень спалювання в гелій. (Ядро кисню створюється шляхом повільного злиття між вуглецем і гелію на поверхні сердечника. У важких зірок, кисень в свою чергу може підривника з гелієм, щоб зробити неон.) Гелій фьюжн виробляє тільки 9% більше енергії на кілограм, ніж злиття водню , так що енергетично, Сонце продовжує залишатися в основному реактор водень. 90% від його світність досі походить від спалювання водню.Проте, це гелій, що оточує ядро, яке в даний час визначає, як Сонце буде розвиватися. Сонце більш-менш повторює те, що він зробив, як старіння зіркою головної послідовності, за винятком тепер з вуглецево-гелієвої суміші в ядрі, а не суміші гелій-водень. Якийсь час вона досягає відносної стабільності і підтримує гідростатичний рівновагу в своєму новому втіленні як orangeish-жовтий “субгігант” зірки. Таким чином, зірки на цій стадії їх існування іноді кажуть, що на “головної послідовності гелію”. З скороминущої точки зору людського життя, субгігант зірки здаються досить спокійно: добре відома яскрава зірка Арктур, чий світло був використаний для відкриття в 1933 році ярмарок Чикаго світу, це така зірка. Вона не змінилася в будь вимірної чином після винаходу телескопа.
Але високі температури, необхідні для підтримки горіння гелію на увазі, що Сонце може тільки спалювати гелію один шлях: дуже швидко. Гаряче ядро диктує швидке горіння водню, а також. Коли він був на нормальної головної послідовності, світність Сонця провів досить близько до 1,0 Lo близько дев’яти мільярдів років, перш ніж освітлення до приблизно 2,7 Lo в кінці. На головній послідовності гелію, світність Сонця буде тримати близько 45 Lo, перш ніж освітлення до приблизно 110 Lo в кінці. Чи не так вражає, як червоний гігант, але тим не менш, дуже яскравий.
Для того, щоб зберегти свій спосіб життя субгігант Сонце має прорвати паливо в його ядрі гелію в 100 разів швидше, ніж це було з його оригінальним ядром водню. Після всього лише сто мільйонів років на головній послідовності гелію, Сонце знову почне підніматися до області червоних гігантів, і з тих же причин, як це було раніше. Але немає “вуглецю спалаху” еквівалент гелиевой спалаху, що зупинив сонце в перший раз. Температура і тиск, необхідний для займання злиття вуглець-вуглець занадто великий для Сонця, щоб досягти незалежно від того, як стискається її ядро стає, таким чином, вуглець тільки накопичується і стає все більш щільним. Тенденція, що Сонце показала на своєму першому запуску в якості червоного гіганта, коли його ядро подрібнювали до білих карликів щільності навіть в якості зовнішніх шарів валив до десятків мільйонів кілометрів в діаметрі, зупинити неможливо в даний час. Сонце стає червоним гігантом, на цей раз з максимальною яскравістю понад 3000 Lo. Його зовнішні шари дути далі і далі назовні, за межі орбіти Юпітера, як і його електрон-виродженим ядро стрімко зростає більш масивний і, отже, менші розміри і більш щільною.
І врешті-решт настане день, коли дві частини компанії. В останні дні зірки надзвичайно складні, тому що гелій-горіння і спалювання водню снарядів не горять з тією ж швидкістю. Чим вище температура, швидше спалювання гелію оболонка має тенденцію до гонки назовні і перегнати горіння водню оболонку, і коли це відбувається, немає більше гелію не залишилося, щоб спалити, так що оболонка гелію видихається. Але гігантська зірка швидко куховарить більше гелію, який потім збирає на білого карлика ядра, поки він раптово не спалахне в тікають гелію запалювання, що щось подібне до версії дитини з основної гелиевой спалаху. Загострення Впадає гелію (вимикається) на горіння водню протягом короткого проміжку часу, і так далі. У самому кінці, Сонце буквально кашляти себе до смерті, як кілька загорянь палива і заглушило-офф злиті виключення рип через її атмосферу.
Через чотири або п’ять величезних черг, на відстані приблизно 100 000 років один від одного, зовнішні шари Сонця відокремиться від ядра і повністю здувся. Вони утворюють величезний, розширюється оболонку навколо Сонячної системи, і рухатися назовні, щоб возз’єднатися міжзоряного газу. Приблизно 45% від маси Сонця буде уникнути таким чином. Решта 55% від маси Сонця незабаром пресують в розпеченій, надщільного ядра. Для того, щоб хтось спостерігає за Сонцем здалеку, Сонце, здавалося б швидко зміщуватися кольору від червоного до білого, як газової завіси навколо неї, піднімається. (Під “швидко”, звичайно ж, я маю на увазі проміжок часу лише в кілька разів довше, ніж вік пірамід.)
Відкриту поверхню палючого сонячного ядра буде так спекотно, принаймні 170 000
К°, що вона буде випромінювати більше рентгенівських променів, ніж у видимого світла. (Постчервоно-гігантські зірки найгарячіші зірки, відомі, крім нейтронних зірок). Його світність буде блискучим 4000 Lo. Сонце буде стати джерелом випромінювання воістину галактичного росту, його енергія висвітлюючи газу, що виділяється навколо нього, як величезна неонова вивіска. Такі хмари називаються планетарна туманність, вводить в оману назва, тому що астрономи 18-го століття ледь міг бачити їх з телескопами того часу і думали, що вони виглядали як планети. Вони є одними з найкрасивіших пам’яток в астрономії. На фотографії справа, туманності, відомої як NGC 6751, є однією з моїх улюблених. Яскрава пляма в центрі є постчервоно-гігант батьківська зірка.
К°, що вона буде випромінювати більше рентгенівських променів, ніж у видимого світла. (Постчервоно-гігантські зірки найгарячіші зірки, відомі, крім нейтронних зірок). Його світність буде блискучим 4000 Lo. Сонце буде стати джерелом випромінювання воістину галактичного росту, його енергія висвітлюючи газу, що виділяється навколо нього, як величезна неонова вивіска. Такі хмари називаються планетарна туманність, вводить в оману назва, тому що астрономи 18-го століття ледь міг бачити їх з телескопами того часу і думали, що вони виглядали як планети. Вони є одними з найкрасивіших пам’яток в астрономії. На фотографії справа, туманності, відомої як NGC 6751, є однією з моїх улюблених. Яскрава пляма в центрі є постчервоно-гігант батьківська зірка.Примітно, що є зірки прямо в точці продування свої зовнішні шари, які можна побачити неозброєним оком. Це Міра, “Вражаюча”, названа так арабськими астрономами в середні століття, тому що Миру досить хаотично змінюється протягом певного періоду приблизно 330 днів від того, найяскравіша зірка в сузір’ї своєї (Cetus, Кит) до загальної невидимості. Міра є єдиним класично названа зірка, яку ви не можете побачити, більшу частину часу. Сучасні прилади показують, що Міра є значно більш подовжених мішок темно-червоний газ, який не є навіть близько сферичними і який, при 2000 К°, також є одним з найхолодніших зірок, відомих. Його атмосфера зазнає складні хвилеподібні коливання і як ядерного горіння під нею бурмоче і скрикує. Отже, її мінливість. У нікчемні 500000 років або менше, Міра буде планетарна туманність.
Що стосується Сонця, без його зовнішніх шарів, щоб поставляти його з великою кількістю водню, він може підтримувати тільки чудовий дисплей своєї туманності протягом декількох тисяч років, трохи більше, ніж оснащенні пальців по стандартам галактичних. Останні покидьки палива на щільному ядрі буде остаточно вигорає, і в перший раз за дванадцять мільярдів років Сонце припинить виробляти енергію. Туманність буде розсіюються і зникають. Сонце стало білий карлик, трохи більше, ніж Земля, але 200000 раз більш масивною, і мільярди років, щоб прийти все це буде робити повільно охолонути.
Через їх величезної щільності, час, який потрібен білих карликів, щоб охолонути настільки велика, що навіть не найстаріші відомі (майже 12 мільярдів років) встиг охолонути набагато нижче 5000 K°. Ці дуже старі “білі карлики” могли, можливо, більш точно можна назвати “жовтувато-білими” карликами, але в будь-якому випадку, Чумацький Шлях не містить ніяких “чорних карликів”. Всі десять мільярдів або близько білих карликів, що наша галактика справив після Великого вибуху все ще світить, проте смутно.
