Original web-page: http://faculty.wcas.northwestern.edu/~infocom/The%20Website/end.html
ฮีเลียม แฟลช
จุดเริ่มต้นของจุดจบของดาวยักษ์แดงมวลดวงอาทิตย์เกิดขึ้นอย่างฉับพลัน ขณะที่ฮีเลียม “ขี้เถ้า” ยังคงพองตัวอยู่ตรงกลางของมันส่วนที่สูงขึ้นทำให้อิเล็กตรอนเสื่อมลง มันเป็นความขัดแย้งที่แปลกประหลาด: แม้ชั้นนอกของดาวยักษ์แดงจะขยายตัวไปสู่เมฆขนาดใหญ่ แต่มีความเบาบางแกนหลักภายในของมันหดตัวลงเพื่อสร้างดาวแคระขาวที่ถูกฝัง อุณหภูมิและความดันในแกนของดวงอาทิตย์จะเพิ่มขึ้นถึง 10 เท่าของค่าปัจจุบัน และประมาณ 1.2 พันล้านปีหลังจากออกจากลำดับหลักที่จุดสูงสุดของรัศมีเป็นดาวยักษ์แดงจุดศูนย์กลางของแกนฮีเลียมของดวงอาทิตย์จะกลายเป็นขนาดใหญ่หนาแน่นและร้อนจนมีบางสิ่งที่น่าอัศจรรย์เกิดขึ้นภายในระยะเวลาอันสั้น ของนาทีมันจะลุกไหม้และเผาไหม้
เมื่ออุณหภูมิในแกนถึงประมาณ 100 ล้านองศาฮีเลียมจะเริ่มต้นที่จะหลอมรวมเข้าคาร์บอนจากปฏิกิริยาที่เรียกว่ากระบวนการสามอัลฟาเพราะมันแปลงสามนิวเคลียสฮีเลียมเข้าไปในอะตอมของคาร์บอนหนึ่ง นี้จะสร้างการจัดการที่ดีของความร้อน แต่แตกต่างจากเมื่อดวงอาทิตย์เป็นหนุ่มสาวและหลักของมันมีเรื่องปกติเพิ่มความร้อนมากขึ้นไปฮีเลียมอิเล็กตรอนเลวไม่ได้ทำให้เกิดการขยายตัวและเย็น ขณะที่ผมตั้งข้อสังเกตเมื่อฉันกำลังถก กลศาสตร์ควอนตัมไม่ว่าอิเล็กตรอนเลวทำงานมากขึ้นเช่นของเหลวก๊าซกว่าเมื่อคุณให้ความร้อนที่อุณหภูมิของมันอย่างรวดเร็วเพิ่มขึ้น แต่ก็ไม่ได้ขยาย ในคำอื่น ๆ กลไกการควบคุมตัวเองที่ช่วยให้หลักลำดับดาวที่มีเสถียรภาพดังนั้น (สภาวะสมดุลอุทกสถิต) ถูกปิดในเรื่องอิเล็กตรอนเลว ถ้าคุณเพิ่มความร้อนให้ดาวแคระขาวก็เพิ่งได้รับร้อน
เมื่อกระบวนการนี้เกิดขึ้นกระบวนการอัลฟาอัลฟ่าก็ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิที่สูงขึ้นอย่างมากโดยขึ้นอยู่กับอุณหภูมิของปฏิกิริยาทำให้อุณหภูมิในการทำงานเร็วขึ้นเป็นพันล้านเท่า! ดังนั้นฮีเลียมที่หลอมละลายจะเผาผลาญแกนซึ่งไม่สามารถขยายตัวให้เย็นลงอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นจะทำให้ฮีเลียมฟิวชั่นดำเนินไปได้รวดเร็วกว่านับล้านเท่าซึ่งจะทำให้ฮีทฮีทเตอร์ได้รับความร้อนมากยิ่งขึ้นซึ่งจะทำให้ฮีเลียมหลอมละลาย วิธีที่เร็วกว่า…
ในระยะสั้นเป็นศูนย์กลางของการระเบิดฮีเลียมแกน ประมาณ 6% ของแกนฮีเลียมอิเล็กตรอนเลวซึ่งตอนนี้น้ำหนักในที่ประมาณ 40% ของมวลดวงอาทิตย์จะถูกผสมลงในคาร์บอนภายในไม่กี่นาที (นี้สอดคล้องกับการเผาไหม้ประมาณสิบมวลชนโลกของฮีเลียมต่อวินาทีถ้าคุณกำลังเก็บคะแนน) สำหรับเหตุผลที่ชัดเจนนักดาราศาสตร์นี้เรียก แฟลชฮีเลียม ในประมาณเวลาที่ใช้ในการขนมปังเบเกิล, รุ่นแฟลชพลังงานมากที่สุดเท่าที่ดวงอาทิตย์ของเราในปัจจุบันสร้าง 200 ล้านปี ที่ระดับความสูงของแฟลชแกนของดวงอาทิตย์จะสั้นมากเท่ากับความสว่างรวมของดาวทั้งหมดในทางช้างเผือก! บางคนอาจคิดว่าอัคคีภัยของขนาดนี้จะมีผลกระทบอย่างมากต่อยักษ์แดง – และมันไม่ในทาง แต่ไม่เกือบได้ทันทีหรืออย่างรุนแรงในขณะที่คุณอาจจะคิดว่า
นี่เป็นเพราะเรามักจะดูถูกดูแคลนแรงโน้มถ่วง เมื่อเทียบกับพลังที่น่ากลัวของอาวุธนิวเคลียร์พลังที่สร้างขึ้นโดยการทิ้งก้อนหินสองสามก้อนดูเหมือนจะไม่น่าประทับใจ แต่ในความเป็นจริงแล้วความโน้มถ่วงของมวลที่หนาแน่นมากและมวลที่ใหญ่โตเป็นที่น่าตกใจก็คือความอ่อนน้อมของมนุษย์ซึ่งเกิดจากความจริงที่ว่าเราอาศัยอยู่กับก้อนกรวดที่ไม่ใหญ่หรือหนาแน่นซึ่งทำให้เราคิดอย่างอื่น
สมมติว่าเราใช้ โลก เป็นตัวอย่างของวัตถุขนาดใหญ่ที่หนาแน่นแม้ว่าจะมีความหนาแน่นเหมือนกับลูกอมฝ้ายเมื่อเปรียบเทียบกับดาวแคระขาว การขยายโลกให้ใหญ่ขึ้นเป็นสองเท่าของขนาดนั่นคือการยกมวลโลกให้พ้นจากแรงโน้มถ่วงของตัวเองจนกว่ารัศมีจะเพิ่มเป็นสองเท่าจะต้องใช้พลังงานแสงอาทิตย์ทั้งหมดที่กระทบพื้นผิวโลกเป็นเวลาเพียง 185,000,000,000 เมกะวัตต์ต่อไป 13 ล้านปี!
ในช่วงที่ฮีเลียมฉายดาวฤกษ์ที่สลายตัวของดาวฤกษ์จะถูกให้ความร้อนอย่างรุนแรงจนทำให้ “ระเหย” เป็นเสียงเดียวกัน นั่นคือนิวเคลียสแต่ละตัวเริ่มเคลื่อนที่เร็วจนสามารถ “ต้ม” และหลบหนีได้ แกนหมุนกลับไปเป็นก๊าซธรรมดา (หนาแน่นอย่างเห็นได้ชัด) และขยายตัวได้อย่างมาก พลังงานโน้มถ่วงมหาศาลที่จำเป็นในการขยาย 100,000 มวลโลกออกจากความเสื่อมและถึงหลายเท่าของปริมาณเดิมของพวกเขาอยู่ในระดับที่เทียบเท่ากับการปลดปล่อยพลังงานของฮีเลียมแฟลช หรือกล่าวได้ว่าพลังงานเกือบทั้งหมดของแฟลชถูกดูดซับโดยการยกน้ำหนักไทเทเนียมที่จำเป็นในการยกแกนออกจากสภาพแคระขาว ไม่มีพลังงานใด ๆ มาถึงพื้นผิวของดาวยักษ์แดงและถ้าหากคุณสังเกตดาวยักษ์แดงด้วยสายตาที่เปลือยเปล่าของคุณเนื่องจากแกนฮีเลียมของมันกระพริบไปเป็นที่น่าสงสัยว่าคุณจะสังเกตเห็นอะไรได้เลย
ดังนั้นตามมาตรฐานมนุษย์ฮีเลียมแฟลชจึงน่าผิดหวังในการดู อย่างไรก็ตามตามมาตรฐานกาแลคซียักษ์แดงได้ถูกยิงผ่านหัวใจ การขยายตัวอย่างรวดเร็วของผลการดำเนินงานหลักในการทำให้เย็นลงอย่างรุนแรงจนเป็นสิ่งที่คล้ายกับการเริ่มต้นของยุคน้ำแข็ง การระบายความร้อนทันทีนำไปสู่ความดันต่ำกว่ามากในเปลือกหอยไฮโดรเจนที่เผาไหม้ที่ล้อมรอบแกนและทำให้เกิดความหายนะในการปล่อยพลังงาน ในช่วงเวลาที่เกือบจะทันทีเมื่อเทียบกับระยะเวลาตามปกติที่ดาวฤกษ์วิ่ง (อาจถึง 10,000 ปี) ขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางของดาวยักษ์แดงและความส่องสว่างจะลดลงเหลือน้อยกว่า 2% ของค่าเดิม สำหรับดวงดาวมวลของดวงอาทิตย์ของเราผลลัพธ์ของฮีเลียมแฟลชจะยุบลงไปเป็นดาวสีส้มสีเหลืองที่มีเส้นผ่าศูนย์กลางดวงอาทิตย์ประมาณ 10 เท่าและมีความสว่างถึง 40 เท่า มันค่อนข้างจะตลกขบขัน
จุดสิ้นสุดของดวงอาทิตย์
สุดท้าย 140 ล้านปีหรือมากกว่านั้นในชีวิตของดวงอาทิตย์จะมีความซับซ้อนมาก หลังจากการล่มสลายของมันดังแสดงใน รูปที่ 1 ดวงอาทิตย์จะสถาปนาตัวเองเป็นดาวแห่งนี้มีแหล่งพลังงานคู่: มันจะมีความหนาแน่นสูง (แต่ไม่อิเล็กตรอนเลว) แกนคาร์บอนออกซิเจนล้อมรอบด้วยเปลือกที่ฮีเลียมคือการเผาไหม้เข้าสู่คาร์บอน และนอกนั้นก็จะมีเปลือกที่ไฮโดรเจนคือการเผาไหม้เป็นฮีเลียมอื่น (ออกซิเจนหลักถูกสร้างขึ้นโดยฟิวชั่นช้าระหว่างคาร์บอนและฮีเลียมที่พื้นผิวหลักของ. ในดาวหนักออกซิเจนสามารถในฟิวส์เปิดฮีเลียมที่จะทำให้นีออน.) ฮีเลียมฟิวชั่นผลิตเพียง 9% เป็นพลังงานมากต่อกิโลกรัมเป็นไฮโดรเจนฟิวชั่น ดังนั้นพลังงานที่ชาญฉลาดดวงอาทิตย์ยังคงเป็นส่วนใหญ่เครื่องปฏิกรณ์ไฮโดรเจน 90% ของความสว่างของมันยังคงมาจากการเผาไหม้ไฮโดรเจน
แต่ก็เป็นฮีเลียมรอบแกนซึ่งขณะนี้สั่งการวิธีการที่ดวงอาทิตย์จะมีวิวัฒนาการ ดวงอาทิตย์มากขึ้นหรือน้อยซ้ำสิ่งที่มันเป็นริ้วรอยดาวหลักลำดับยกเว้นในขณะนี้มีการผสมผสานคาร์บอนฮีเลียมในแกนมากกว่าผสมฮีเลียมไฮโดรเจน สำหรับเวลาที่มันประสบความสำเร็จในความมั่นคงและรักษาสภาวะสมดุลอุทกสถิตในภพใหม่ในฐานะที่เป็น คนนิยม สีเหลือง “ยักษ์ย่อย” ดาว ดังนั้นดาวอยู่ในขั้นตอนของการดำรงอยู่ของพวกเขานี้บางครั้งก็บอกว่าจะอยู่กับ“ฮีเลียมลำดับหลัก” จากมุมมองของหายวับไปของชีวิตมนุษย์ดาว ยักษ์ย่อย ดูเหมือนสงบพอ: ที่รู้จักกันดีดาวสว่าง Arcturus ซึ่งแสงถูกใช้ในการเปิด 1933 ชิคาโกของงานเวิลด์แฟร์เป็นเช่นดาว มันยังไม่ได้มีการเปลี่ยนแปลงในทางที่วัดใด ๆ ตั้งแต่การประดิษฐ์ของกล้องโทรทรรศน์
แต่อุณหภูมิสูงที่จำเป็นเพื่อรักษาการเผาไหม้ก๊าซฮีเลียมหมายความว่าดวงอาทิตย์เท่านั้นที่สามารถเผาผลาญฮีเลียมวิธีหนึ่ง: ไปอย่างรวดเร็วมาก แกนร้อนสั่งการเผาไหม้ไฮโดรเจนอย่างรวดเร็วเช่นกัน เมื่อมันอยู่ในลำดับหลักปกติการส่องสว่างของดวงอาทิตย์ที่จัดขึ้นค่อนข้างใกล้เคียงกับ 1.0 Lo สำหรับประมาณเก้าพันล้านปีก่อนที่จะสดใสไปประมาณ 2.7 Lo ในตอนท้าย บนแถบลำดับหลักฮีเลียมความสว่างของดวงอาทิตย์จะถือประมาณ 45 Lo ก่อนที่จะสดใสไปประมาณ 110 Lo ในตอนท้าย ดังนั้นไม่น่าประทับใจเป็นดาวยักษ์แดง แต่สว่างมากกระนั้น
เพื่อรักษาชีวิตผู้อยู่ใต้บังคับบัญชาดวงอาทิตย์ต้องฉีกขาดเชื้อเพลิงในแกนฮีเลียม 100 เท่าเร็วกว่าที่ทำกับแกนไฮโดรเจนที่เป็นต้นฉบับ หลังจากนั้นเพียงหนึ่งร้อยล้านปีในลำดับหลักฮีเลียมดวงอาทิตย์ก็จะเริ่มไต่ไปสู่อาณาจักรยักษ์แดงอีกครั้งและด้วยเหตุผลเดียวกับที่เคยทำมาก่อน แต่ไม่มีแฟลช “คาร์บอน” เทียบเท่ากับฮีเลียมแฟลชที่หยุดดวงอาทิตย์เป็นครั้งแรก อุณหภูมิและความดันที่จำเป็นในการจุดคาร์บอนคาร์บอนฟิวชั่นดีเกินกว่าที่ดวงอาทิตย์จะสามารถบรรลุได้ไม่ว่าจะบีบอัดแกนของคาร์บอนดังนั้นคาร์บอนจะสะสมตัวและกลายเป็นทึบ แนวโน้มที่ดวงอาทิตย์แสดงให้เห็นเป็นครั้งแรกในฐานะดาวยักษ์แดงเมื่อแกนของมันถูกบดขยี้เป็นความหนาแน่นของแคระขาวแม้ในขณะที่ชั้นนอกมีเส้นผ่านศูนย์กลางนับสิบล้านเป็นที่พ้นไม่ได้ ดวงอาทิตย์กลายเป็นยักษ์แดงอีกครั้งคราวนี้มีความสว่างสูงกว่า 3,000 ลู ชั้นนอกของมันจะระเบิดออกไปไกลออกไปนอกวงโคจรของดาวพฤหัสบดีแม้ในขณะที่แกนสลายตัวของอิเล็กตรอนของมันเติบโตขึ้นอย่างรวดเร็วและมีขนาดเล็กลงและมีความหนาแน่นมากขึ้น
และในที่สุดวันนี้ก็มาถึงเมื่อทั้งสอง บริษัท วันสุดท้ายของดาวมีความซับซ้อนมากเพราะเปลือกหอยที่เผาไหม้ฮีเลียมและไฮโดรเจนที่เผาไหม้จะไม่เผาไหม้ในอัตราเดียวกัน เปลือกฮีเลียมที่ร้อนขึ้นและเร็วกว่าการเผาไหม้มีแนวโน้มที่จะวิ่งออกไปข้างนอกและแซงเปลือกไฮโดรเจนที่เผาไหม้และเมื่อสิ่งนั้นเกิดขึ้นไม่มีฮีเลียมเหลือในการเผาไหม้ดังนั้นฮีเลียมจะหลุดลอกออก ดาวฤกษ์ยักษ์ทำอาหารฮีเลียมได้มากขึ้นซึ่งจะสะสมดาวแคระขาวจนกระพริบอย่างรวดเร็วในการเผาไหม้ฮีเลียมซึ่งเป็นเหมือนรุ่นทารกของฮีเลียมแกนหลัก ฮีเลียมลุกเป็นไฟขึ้นมา (หยุด) การเผาไหม้ของไฮโดรเจนในระยะเวลาสั้น ๆ และมันก็จะไป ในตอนท้ายของดวงอาทิตย์ดวงอาทิตย์จะดับตัวเองอย่างแท้จริงจนกลายเป็นจุดดับเพลิงเชื้อเพลิงหลายตัวและสารดับเพลิงที่หลอมรวมตัวออกจากชั้นบรรยากาศ
ในสี่หรือห้าระเบิดขนาดใหญ่ระยะห่างประมาณ 100,000 ปีนอกเหนือจากชั้นนอกของดวงอาทิตย์จะแยกออกจากแกนและจะเป่าออกไปได้อย่างสมบูรณ์ พวกเขาจะสร้างเปลือกหอยขนาดมหึมาขึ้นรอบ ๆ ระบบสุริยะและเคลื่อนออกไปข้างนอกเพื่อกลับเข้าสู่ก๊าซระหว่างดวงดาว ประมาณ 45% ของมวลของดวงอาทิตย์จะหลบหนีในลักษณะนี้ ส่วนที่เหลืออีก 55% ของมวลดวงอาทิตย์จะถูกบีบอัดให้เป็นแกนที่ร้อนแรงและมีความหนาแน่นสูง สำหรับคนที่เฝ้าดูดวงอาทิตย์จากที่ไกล ๆ ดวงอาทิตย์จะเปลี่ยนสีจากสีแดงเป็นสีขาวอย่างรวดเร็วเมื่อม่านก๊าซล้อมรอบถูกยกขึ้น (โดย “อย่างรวดเร็ว” แน่นอนฉันหมายถึงช่วงเวลาเพียงไม่กี่ครั้งนานกว่าอายุของปิรามิด)
พื้นผิวสัมผัสของแสงอาทิตย์แกน searing จะร้อนดังนั้นอย่างน้อย 170,000 K°ว่ามันจะปล่อยออกมามากขึ้นรังสี
เอกซ์กว่าแสงที่มองเห็น (เสา-ดาวยักษ์แดงเป็นดาวที่ร้อนแรงที่สุดที่รู้จักกันยกเว้นดาวนิวตรอน.) ความสว่างของมันจะถูกสุกใส 4,000 Lo ดวงอาทิตย์จะได้กลายเป็นแหล่งที่มาของความสูงรังสีกาแล็คซี่อย่างแท้จริงพลังงานแสงขึ้นก๊าซหลบหนีไปรอบ ๆ มันเหมือนป้ายไฟนีออนขนาดใหญ่ เมฆดังกล่าวเรียกว่า เนบิวลาดาวเคราะห์ชื่อที่ทำให้เข้าใจผิดเพราะนักดาราศาสตร์ในศตวรรษที่ 18 แทบจะไม่ได้เห็นพวกเขาด้วยกล้องโทรทรรศน์ของเวลาและคิดว่าพวกเขาดูเหมือนดาวเคราะห์ พวกเขาเป็นหนึ่งในสถานที่ท่องเที่ยวที่สวยที่สุดในดาราศาสตร์ ภาพที่ด้านขวาของเนบิวลาที่รู้จักกันเป็น NGC 6751 เป็นหนึ่งในรายการโปรดของฉัน จุดสว่างในศูนย์คือการโพสต์ยักษ์แดงดาวฤกษ์แม่
อย่างน่าทึ่งมีสิทธิดาวที่จุดของการเป่าออกชั้นนอกของมันซึ่งสามารถมองเห็นได้ด้วยตาเปล่า นี่คือ สายตา ที่“หนึ่ง” น่าอัศจรรย์ ดังนั้นชื่อโดยนักดาราศาสตร์ชาวอาหรับในยุคกลางเพราะ สายตา ค่อนข้างผิดปกติแตกต่างกันไปในช่วงประมาณ 330 วันจากการเป็นดาวที่สว่างที่สุดในกลุ่มดาวมัน (วาฬ, ปลาวาฬ) เพื่อล่องหนรวม สายตา เป็นดาวเพียงชื่อคลาสสิกที่คุณไม่สามารถมองเห็นมากเวลา เครื่องมือสมัยใหม่เผยให้เห็นว่าไมราเป็นอย่างมากมายกว่าขยายถุงก๊าซลึกสีแดงที่ไม่ได้ใกล้ชิดและทรงกลมซึ่งใน 2,000 K°ยังเป็นหนึ่งในดาวที่เจ๋งที่สุดที่รู้จักกัน บรรยากาศจะดำเนินการไท่ซับซ้อนและแนบแน่นเป็นเผาไหม้นิวเคลียร์ด้านล่าง พ่นออก และอ้าปากค้าง ดังนั้นความแปรปรวนของ ในเล็ก ๆ น้อย ๆ 500,000 ปีหรือน้อยกว่า, สายตา จะเป็นเนบิวลาดาวเคราะห์
สำหรับดวงอาทิตย์โดยไม่มีชั้นนอกของมันเพื่อให้มีไฮโดรเจนมากขึ้นก็สามารถรักษาการแสดงผลที่งดงามของเนบิวล่าของสำหรับไม่กี่พันปีแทบจะไม่มากกว่า snap ของนิ้วมือตามมาตรฐานทางช้างเผือก การสิ้นเปลืองน้ำมันเชื้อเพลิงครั้งสุดท้ายของแกนที่มีความหนาแน่นจะดับลงและเป็นครั้งแรกในรอบกว่า 12 พันล้านปีที่ดวงอาทิตย์จะยุติการผลิตพลังงาน เนบิวลาจะกระจายตัวและจางหายไป ดวงอาทิตย์กลายเป็นดาวแคระขาวที่มีขนาดใหญ่กว่า
โลก แต่ใหญ่กว่า 200,000 ครั้งและเป็นเวลาหลายพันล้านปีมาทั้งหมดจะทำคือช้าเย็น
เนื่องจากความหนาแน่นมหาศาลของมันเวลาที่ดาวแคระขาวเย็นลงจึงเป็นเรื่องที่ยิ่งใหญ่จนแม้แต่ที่เก่าแก่ที่สุดที่รู้จักกันดี (เกือบ 12 พันล้านปี) ก็ไม่มีเวลาที่จะเย็นตัวลงต่ำกว่า 5000 K° ดาวแคระขาวเหล่านี้สามารถเรียกได้ว่าถูกเรียกว่าดาวแคระขาว (yellow-white) แต่อย่างใด แต่ในทางใดทางช้างเผือกไม่ได้มี “ดาวแคระดำ” ดาวฤกษ์แคระขาวทั้งหมดประมาณ 10 พันล้านดวงที่กาแลคซีของเราผลิตมาตั้งแต่บิกแบงยังคงส่องแสงอยู่เรื่อย ๆ
เดวิดเทย์เลอร์ (David Taylor)