Hvězdy, černé díry a galaxie
Přihlásit se
Hvězdy, černé díry a galaxie (3/18) · 11:30

Zrození rudého obra Jaderné procesy při zrození rudého (nebo také červeného) obra

Navazuje na Měřítka ve vesmíru.
V minulém videu jsme měli velký oblak tvořený atomy vodíku, které dále houstnou a jsou velmi stlačené. Můžeme říct, že to jsou koule atomů vodíku. Když jsou tlak i teplota dostatečně vysoké, jak jste viděli v minulém videu, tak se atomy vodíku dostanou dostatečně blízko k sobě, abychom získali velkou sílu k fúzi, ke které dojde, a k uvolnění energie. Poté tato energie začne vlastně kompenzovat sílu gravitace. Takže se celá hvězda, nyní už je to hvězda, nezhroutí do sebe. Jakmile jsme zde, tak se nacházíme v hlavní fázi života hvězdy. V tomto videu se chci zamyslet nad tím, co se ve hvězdě stane poté. Takže počáteční fáze života. Máme jádro hvězdy. Tohle je hvězdné jádro a máte vodík spojující se do hélia a celé to uvolňuje spoustu energie. Té energie, která zabraňuje jádru v implozi. Je to druh síly směřující ven, která kompenzuje sílu gravitace, která chce nechat vše se zhroutit a rozdrtit. Tak máte jádro hvězdy, hvězdy jako je Slunce, a tu energii, která zahřívá všechny ostatní plyny okolo jádra, tím vytvoří ten zářící objekt, který vidíme jako hvězdu, u nás je to Slunce. Při tom, jak se nyní vodík mění na hélium, si dokážete představit, že se v jádru formuje více a více hélia. Znázorním zelenou hélium, které se formuje v jádru. Čím blíže se dostanete ke středu, tím bude vyšší tlak a rychlejší fúze a vznícení, ke které dojde. Ve skutečnosti větší hmota hvězdy znamená větší tlak a tím pádem rychlejší výskyt fúze. Tak máte hélium narůstající uvnitř jádra, podle toho, jak se vodík v jádru taví. K čemu tam nyní může docházet? Hélium je atom s větší hustotou. To znamená, že obsahuje více hmoty na menším prostoru, takže zatímco se více a více vodíku přeměnilo na hélium, bude se jádro samo o sobě zmenšovat. Nakreslím tady menší jádro. Jádro se tedy samo o sobě bude zmenšovat a nyní má v sobě mnohem více hélia. Teď se pojďme držet nejzazšího bodu, kde máme jen hélium, vše je mnohem hustší. Stejné množství hmoty, které je v téhle kouli, je nyní v této s větší hustotou, v héliové kouli, takže tam bude stejně gravitační přitažlivosti, ale vše se dostává k sobě ještě blíže, a jak víme, tak čím blíže jste ke hmotě, tím silnější je působení gravitace. Tak místo aby vodík reagoval jen v jádru, tak máte fúzi vodíku probíhající okolo povrchu jádra. Vodíkové fúze okolo povrchu jádra. A jen aby bylo jasno, tak toto všechno neprobíhá najednou. Je to pozvolný proces, tak jak máme více a více hélia v jádru, tak se jádro stává hustším, hustším a hustším. Tím se tlak blízko jádra zvětšuje a zvětšuje, protože jste schopni se dostat blíže k těžšímu jádru, neboť je nyní hustší. Jak stále roste tlak blízko jádra, tak fúzní reakce probíhají rychleji, dokud se nedostanete do tohoto bodu. Upřesním to. Máte héliové jádro, všechen vodík v jádru byl použit a poté máte vodík přímo u jádra pod obrovským tlakem. Ve skutečnosti je pod větším tlakem, než byl, když tam bylo pouze vodíkové jádro, protože je nyní mimo jádro tolik hmoty, která se snaží, můžeme říci, působit směrem dolů čili gravitační silu dolů. Snaží se dostat do ještě hustšího héliového jádra, protože všechno se může dostat blíže. Teď máte fúze probíhající ještě rychleji. Dochází k nim ve velkém poloměru, takže toto je rychlá fúze přes velký poloměr a tato síla je bude vytlačovat... Energie vzniklá z fúze nyní vytlačí tyto vnější vrstvy hvězdy ještě dále. Takže po celý čas tohoto pozvolného procesu přeměny vodíku na hélium, fúzí na hélium v jádru, vodík okolo jádra začíná hořet rychleji a rychleji. Nemůžu říct hořet, fúze bude rychlejší a rychlejší přes větší poloměr. Trochu neintuitivní je, že fúze se děje rychleji i přes velký poloměr. Je to tak, jelikož máte hustší jádro, a to způsobuje ještě větší tlak gravitace. A tímto procesem se hvězda stává zářivější. Také fúzní reakce, co probíhají, jsou mnohem intenzivnější a nad větším poloměrem a mohou vyloučit z hvězdy ještě více materiálu. Poloměr hvězdy se sám o sobě stává větším a větším. Pokud by tato hvězda vypadala takto... Pokud je tato hvězda... Možná to raději nakreslím bílou. Pokud tato hvězda vypadá takhle... Tohle není bílá. Co se děje s mým měničem barev? Tady to je. Tato hvězda vypadala takto. Teď tato hvězda, protože rychlejší fúzní reakce probíhá na větším poloměru, se stane mnohem větší, a to ani nejsem schopný nakreslit ve správném měřítku. V případě našeho Slunce bude v tomto bodě průměr 100krát větší. A v tomto bodě to je rudý obr. A důvod, proč je ‚rudější‘ než tenhle, je, že přestože se fúze dějí zuřivěji, energie je rozptýlena na větší plochu. Takže skutečná teplota povrchu rudého obra bude nižší. To znamená, že bude vyzařovat světlo o vyšší vlnové délce. Bude to rudější vlnová délka, než je tady. Toto jádro nehořelo tak zuřivě jako jádro tady, ale energie tady byla rozptýlená v menším objemu, takže tady bude větší teplota povrchu. Tady jádro už dále nehoří, jádro je nyní z hélia, proto už nehoří, stává se hustším a hustším, zatímco se hélium ukládá v jádru, ale tavení vodíku se tu vyskytuje mnohem intenzivněji. Dochází k němu „žhavějším“ způsobem, ale povrch zůstává chladnější kvůli větší ploše povrchu, narůstající teplo je více než kompenzováno růstem hvězdy. Tohle se nyní bude dít stále a stále dokola a tlak bude stále intenzivnější, protože se bude vytvářet více hélia. Jádro se bude dále hroutit a teplota dále poroste. Můžeme říct, že první vznícení, první fúze se vyskytne okolo 10 milionů kelvinů. A tato věc se bude zahřívat, dokud nedosáhne 100 milionů kelvinů! A to teď mluvím o hvězdě podobné hmotnosti, jako má Slunce. Některé hvězdy nebudou nikdo dost masivní na to, aby jádro houstlo tak, že teplota dosáhne 100 milionů kelvinů. Pojďme mluvit o případech, kdy k tomu dojde. Nakonec se dostanete do bodu, kdy stále jsme uvnitř fáze rudého obra. Máme tuhle obrovskou hvězdu a máme héliové jádro, héliové jádro stále houstne a houstne, pak máme okolo vodíkovou skořápku, která se okolo stále fúzí mění na hélium. Tohle je naše vodíková skořápka. Fúze vodíku se vyskytuje v téhle žluté skořápce, díky které se poloměr hvězdy zvětšuje. rozpíná se, ale pouze když je teplota dostatečně vysoká. A myslím si, že máte tušení, jak se těžké prvky formují ve vesmíru. A všechny těžké prvky, které tu můžete vidět, včetně těch, které jsou ve vás, byly vytvořeny tímto způsobem, původně z vodíku. Když se jádro stane dostatečně žhavé, 100 milionů kelvinů, tak kvůli obrovskému tlaku pak hélium samo začne s fúzí. Pak zde budeme mít jádro, kde hélium samo začne s fúzí. A to nyní mluvíme o situaci, kde máme hélium a vodík a budou se tvořit všechny možné kombinace. Ale obecně se bude hélium měnit na uhlík a kyslík. Ty se vytvoří jiné věci, bude to pak mnohem složitější a já nechci zabíhat do podrobností. Ukážu periodickou tabulku. Minule jsem ji neměl, nějak jsem ji ztratil. Vodík má jeden proton a nemá neutrony, a když se v hlavní fázi mění na hélium, které má 2 protony a 2 neutrony, tak potřebujeme 4 tyto, abychom dostali 1 tento, protože hélium má nukleonové číslo 4, pokud mluvíme o héliu-4. Tedy hélium, jakmile se dostane na 100 milionů kelvinů, může začít s fúzí. Pokud máte zhruba tři hélia – další prvky přicházejí a opouštějí reakce –, můžete dostat uhlík. Alespoň 4 hélia je dost, abyste dostali kyslík. Začínáme s fúzí těžších prvků. A co se stane? Hélium tvoří fúzí uhlík a kyslík, a tak můžete začít budovat uhlíkové a kyslíkové jádro. U toho skončím, protože jsem si uvědomil, že jsem už překročil 10minutový limit, který jsem si určil. Chci po vás, abyste se zamysleli nad tím, co se pravděpodobně stane, jestliže hvězda nikdy nevyroste tak, aby začala tavit uhlík a kyslík. Pokud získá dost hmoty, tak se stane supermasivní hvězdou, bude schopná zahřívat uhlíkové a kyslíkové jádro až na 600 milionů kelvinů a začne s fúzí na ještě těžší prvky. Zamysleme se nad tím, co se stane se Sluncem, které není dostatečně velké a nemá dostatečný tlak, který by začal tavit uhlík a kyslík. A to bude téma dalšího videa.
video