Konec Slunce

Original: http://faculty.wcas.northwestern.edu/~infocom/The%20Website/end.html

Hélium Blesk
Začátek konce pro rudého obra hmotnější než naše Slunce nastane velmi náhle. Vzhledem k tomu, helium „popel“ nadále hromadit ve svém středu, že vyšší podíl z nich zase elektronový degenerovanou. Je to zvláštní paradox: i když vnější vrstvy červeného obra se rozšiřují do obrovského, ale řídké oblačnosti, jeho vnitřní jádro se zmenšuje dolů k vytvoření pohřben bílý trpaslík. Teplota a tlak v slunečním jádru bude stoupat až 10 násobek jejich aktuálních hodnot. A zhruba 1,2 miliardy let poté, co opustí hlavní posloupnost, na vrcholu své slávy jako rudého obra, střed helia jádra Slunce stane dostatečně masivní, husté a horké, že něco úžasného se stane: během několika minut, bude to vznítit a hořet.

Když je teplota v jádru dosáhne asi 100 milionů stupňů, bude hélium začne fúzovat na uhlík reakcí známou jako trojnásobný-alpha proces, protože se převede tři jádro hélia do jednoho atomu uhlíku. To vytváří velké množství tepla. Avšak na rozdíl od kdy Slunce byl mladý a jeho jádro obsahoval normální hmotu, přidá více tepla na elektron-degenerované helia nezpůsobí to rozšířit a chladné. Jak jsem uvedl, když jsem hovořil o kvantovou mechaniku, elektron-degenerovaný plyn se chová spíše jako kapaliny než plyn, když je teplo: jeho teplota rychle stoupá, ale nerozšiřuje. Jinými slovy, samoregulační mechanismus, který udržuje hlavní posloupnosti hvězdy tak stabilní (hydrostatické rovnováze) je vypnuta v elektronově degenerované hmoty. Přidáte-li teplo do bílého trpaslíka, to prostě oteplí.

Jak se to stane, proces triple-alfa je mimořádně závislá na vysoce teplota: zdvojnásobení teploty reakce způsobuje, že rychlejší spuštění zhruba trilion krát! Tak, jak se fúze helium ohřívá jádro, které nelze rozšířit vychladnout, zvýšená teplota způsobuje hélia fúzi náhle pokračovat miliónkrát rychleji, což se velmi rychle ohřívá jádro ještě více, což způsobuje, že helium pojistky cestu, cesta rychlejší.

Stručně řečeno, střed helium jádra exploduje. Asi 6% z elektron-degenerované helia jádro, které už váží asi 40% sluneční hmoty, je kondenzován na uhlík během několika málo minut. (To odpovídá spálení zhruba deset Země masy hélia za sekundu, pokud se udržet skóre.) Ze zřejmých důvodů, astronomové nazývají toho heliový záblesk. Zhruba v době trvá opékat bagel, blesk uvolní tolik energie jako naše současná Sun vytváří 200 milionů let. Na vrcholu blesku, bude jádro Slunce velmi stručně rovnat kombinovaný svítivost všech hvězd v Galaxii! Jeden by mohl představit, že požár v tomto rozsahu bude mít dramatický dopad na červeného obra – a to dělá, a to způsobem, ale zdaleka ne tak náhle nebo násilně, jak si možná myslíte.

Důvodem je, že máme tendenci podceňovat gravitaci. Ve srovnání s zastrašující síly jaderných zbraní, energie vyrobená tím, že shodí pár kamenů se nezdá být velmi působivé. Ale ve skutečnosti, gravitační energie extrémně husté, velmi velké masy, je až zarážející – je to jen naše lidské předsudky, které vyplývají ze skutečnosti, že žijeme na maličké oblázku, která není ani mohutný, ani husté, což nás přemýšlet jinak.

Předpokládejme, že si vzít na Zemi jako příklad velké, husté objekt, i když se jedná o tak hustá jako cukrová vata, když ve srovnání s bílého trpaslíka. Nafouknout Zemi na dvojnásobek své velikosti – to znamená, že zvednout množství Země proti jeho vlastní gravitací, dokud se zdvojnásobil jeho poloměr – by vyžadovalo veškerou sluneční energii nárazu na povrch Země (pouhých 185,000,000,000 megawattů) pro příští 13 milionů let!

Během helia blesk, hvězda je degenerovaná jádra se zahřívá tak intenzívně, že se konečně „vypaří“, abych tak řekl. To znamená, že jednotlivá jádra začne se pohybovat tak rychle, že mohou „vyvařit“ a uniknout to. Jádro se vrátí zpět do (pozoruhodně husté) normální plynu, a silně expanduje. Obrovský gravitační energie potřebná k rozšíření 100000 hmotností Země z degenerace a až několikanásobku jejich původní objem je na stejné úrovni s uvolněním energie v helia blesku. Nebo jinými slovy, téměř veškerá energie blesku je absorbována titánské vzpírání nezbytné zvednout jádro ze svého bílého trpaslíka stavu. V podstatě žádná energie dosáhne povrchu červeného obra, a opravdu, pokud jste pozorovali červeného obra s pouhým okem jako helium jádro zablesklo nad, to je nepravděpodobné, že byste si všimnout vůbec nic.

Takže, podle lidských měřítek, helium blesk je zklamáním zkažený se dívat. Podle galaktických standardů, nicméně, červený obr byl výstřel přes srdce. Náhlé expanze ze základních výsledků chlazení tak závažné, že je něco jako nástupem ledovou. Chlazení ihned vede k mnohem nižším tlaku ve vodíkové spalování skořepiny, která obklopuje jádro, a proto se na katastrofální poklesu energetického výdeje. Na základě časového harmonogramu, který je téměř okamžitá ve srovnání s obvyklým časovém horizontu, který běží na hvězdy (možná za méně než 10.000 let), průměr a svítivost červeného obra klesnou na méně než 2% svých dřívějších hodnot. Hvězdy hmotnější než naše Slunce, výsledkem helia bleskem je kolaps do orangeish žluté hvězdy s snad desetinásobek současného slunečního průměru a 40 krát světelnosti. Je to docela úpadek.

Konec Slunce
Konečné 140 milionů let nebo tak sluneční život bude velmi komplikované. Po jeho zhroucení, jak je znázorněno na obrázku 1, bude slunce obnovit sebe jako hvězda se zdrojem dvojitým energie: bude mít hustou (ale ne elektrony degenerovaná) jádro uhlík-kyslík, obklopený pláštěm, kde je hélium hořící na uhlík, a mimo to, že bude mít další náboj, kde je atom vodíku hořící na helium. (Jádro kyslík je tvořena pomalu fúze mezi uhlíkem a helia na povrchu jádra je. V těžších hvězd, kyslík může zase pojistky s heliem, aby neon.) Helium fúze produkuje pouze 9% více energie na kilogram za vodíkové fúze, takže energie-moudrý, Slunce nadále především vodík reaktoru. 90% jeho světelnosti stále pochází ze spalování vodíku.

Nicméně, to je helium obklopující jádro, které nyní diktuje, jak se Slunce bude vyvíjet. Sun více či méně opakuje to, co udělal jako stárnutí hlavní posloupnosti hvězdička, avšak nyní s uhlík-helia směsi v jádru spíše než helium-vodíkové směsi. Na nějaký čas dosahuje relativní stabilitu a udržuje hydrostatické rovnováze ve své nové inkarnaci jako orangeish žluté „subgiant“ hvězdy. Tak, hraje v této fázi své existence se někdy říká, že je na „hlavní posloupnosti hélia“. Z letmém pohledu lidského života subgiant hvězdy se zdají dost klidný: známá jasná hvězda Arcturus, jejichž světlo bylo použito k otevření 1933 Světová výstava v Chicagu, je taková hvězda. To se nemění v žádném měřitelným způsobem od vynálezu dalekohledu.

Ale vysoké teploty potřebné k udržení hoření hélia znamená, že slunce může jen hořet helium jedním směrem: velmi rychle. Horký jádra určuje rychlou vodík spalování stejně. Když to bylo na normální hlavní posloupnosti, sluneční světelnost držel poměrně blízko 1,0 Lo  na asi devět miliard let, než zjasnění až asi 2,7 Lo  koncem. Na hlavní posloupnosti helia, budou sluneční světelnost držet při teplotě asi 45 Lo před zjasnění do asi 110 Lo  koncem. Není to tak působivý jako červeného obra, ale velmi jasný přesto.

Chcete-li zachovat svůj životní styl subgiant Slunce musí trhat přes palivo ve svém jádru hélia 100krát rychleji, než tomu bylo u původního vodíkové jádro. Po pouhých sto milionů let na hlavní posloupnosti helia, bude Slunce opět začnou stoupat směrem k říši rudých obrů, a to ze stejných důvodů, jako tomu bylo dříve. Ale není tam žádný „carbon blesk“ ekvivalent heliový záblesk, který se zastavil Slunci poprvé. Teplota a tlak potřebný k zažehnutí uhlík-uhlík fúzi je příliš velká pro Sun dosáhnout bez ohledu na to, jak stlačený jeho jádro se stává, takže uhlík jen hromadí a stává se stále hustší. Tento trend, že Slunce ukázal na jeho prvním běhu ve formě červeného obra, kdy se jeho jádro rozdrceného na bílé zakrslé hustot i jako vnější vrstvy vyvalil až desítek milionů kilometrů v průměru, je nyní k nezastavení. The Sun se stává opět červený obr, tentokrát se špičkovou svítivostí nad 3000 Lo. Jeho vnější vrstvy rána dále a dále směrem ven, za dráhu Jupiteru, i když jeho elektronů degenerované jádro rychle roste více masivní a proto menší a hustší.

A nakonec přijde den, kdy se ze dvou částí společnosti. Konečné dny hvězdičkou jsou nesmírně složité, protože helium-pálení a vodík-hořící granáty nehoří stejným tempem. Čím teplejší, rychlejší spalování helium plášť má tendenci k závodu směrem ven a předběhnout vodíku spalování skořápku, a když se to stane, že již není helium spálit, takže hélium shell zničí ven. Ale obří hvězda rychle vaří až více helia, který pak se usadí na bílé trpasličí jádra, dokud se najednou vzplane v běhu-away helia zapalování, který je něco jako dětskou verzi helium jádra blesku. Světlice-up rozrušuje hélia (vypne) vodík hoří na krátkou dobu, a tak to jde. Na samém konci, bude Sun doslova kašel sebe k smrti, jak více paliva zapalování a udusilo-off fúzní zhasnutím trhat přes svou atmosférou.

Ve čtyřech nebo pěti velkých dávkách, od sebe vzdáleny asi 100.000 rok, vnější vrstvy Slunce se oddělí z jádra a zcela foukané pryč. Budou tvořit obrovské, expandující skořápky kolem sluneční soustavy, a přesunout ven se vrátit k mezihvězdný plyn. Zhruba 45% hmotnosti Slunce unikne tímto způsobem. Zbývajících 55% hmotnosti Slunce je brzy stlačen do běla rozžhavené, ultra-hustým jádrem. S někým, pozorování západu slunce z dálky, Slunce se zdá rychle posunout barvy z červené na bílou jako plynný závoj okolního je zrušen. (Pod pojmem „rychle“, samozřejmě, mám na mysli časový interval jen několikrát delší než věk pyramid.)

Exponovaný povrch spalující sluneční jádro bude tak horké, alespoň 170000 K°, které se budou vysílat více x-paprsky než viditelné světlo. (Post-červeno-obří hvězdy jsou nejžhavější hvězdy známé, s výjimkou neutronových hvězd.) Jeho svítivost bude skvělý 4000 Lo . Slunce se staly zdrojem záření skutečně galaktické postavy, jeho energie se rozsvítí unikající plyn kolem něj jako obrovský neonový nápis. Tyto mraky se nazývají planetární mlhovina, je zavádějící název, protože astronomové 18. století stěží vidět s dalekohledy času a myslel, že vypadaly jako planety. Jsou to jedny z nejkrásnějších památek v astronomii. Fotografie na obrázku vpravo, mlhoviny známé jako NGC 6751, je jedním z mých oblíbených. Jasná skvrna ve středu je post-červeno-obří mateřská hvězda.

Pozoruhodné je, že tam je hvězda přímo v místě ofukování své vnější vrstvy, které mohou být vidět pouhým okem. To je Mira, dále jen „Amazing One“, tak pojmenovaný arabskými astronomy ve středověku, protože Mira poněkud chaoticky pohybuje v rozpětí cca 330 dnů od bytí nejjasnější hvězda v jeho souhvězdí (Cetus, velryba) do celkového neviditelnosti. Mira je jen klasicky s názvem hvězda, která není vidět, většinu času. Moderní přístroje ukazují, že Mira je výrazně nad roztaženou pytel sytě červená plynem, který není ani úzce sférické a které při 2000 K °, je také jedním z nejlepších známých hvězd. Jeho atmosféra prochází složité vlnění a kmity jako jaderné pálení pod ním prská ​​a vzdechy. Proto její variabilita. V mizerných 500,000 let nebo méně, Mira bude planetární mlhovina.

Pokud jde o slunce, aniž by jeho vnějších vrstev, aby mu poskytla větší množství vodíku, je možné zachovat pouze nádherný displej svého mlhoviny za několik tisíc let, sotva více než lusknutím prstů podle galaktických standardů. Poslední spodiny paliva na husté jádro nakonec vyhoří, a poprvé ve více než dvanáct miliard let Slunce přestane vyrábět energii. Mlhovina se rozptýlí a slábnout. Slunce se stala bílým trpaslíkem, trochu větší než 
Země, ale 200,000 časů masivnější a po miliardy let, aby se vše, co bude dělat pomalu vychladnout.

Vzhledem ke své nesmírné hustoty, čas potřebný bílých trpaslíků se ochladit je tak velký, že ani nejstarší známé (téměř 12000000000rok) měl čas vychladnout mnohem nižší než 5000 K°. Tyto velmi staré „bílí trpaslíci“ by snad přesněji nazvat „žluto-bílé“ trpaslíci, ale v každém případě, Mléčná dráha neobsahuje žádné „černé trpaslíci“. Všechna deseti miliard, nebo tak bílých trpaslíků, že naše galaxie má vyrobených od velkého třesku stále svítí, ale matně.