Гелиевая вспышка

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Ге́лиевая вспы́шка — взрывоподобное начало горения гелия в тройном альфа-процессе (см. ниже) в вырожденных ядрах маломассивных (масса до ~2,25 солнечных) красных гигантов.

Зависимость давления вырожденного газа от температуры: гелиевая вспышка развивается на горизонтальном участке

При эволюции звёзд главной последовательности происходит выгорание водорода в недрах звезды, при этом образуется достаточно плотное гелиевое ядро, в котором уже не идут термоядерные реакции, равновесие, поддерживавшееся их энерговыделением нарушается и ядро начинает сжиматься. При достижении достаточной плотности происходит вырождение газа электронов плазмы ядра и ядро перестаёт сжиматься.

Особенностью вырожденного газа является крайне слабая зависимость давления от температуры: в нерелятивистском случае давление $P \sim K \rho ^{5/3}$ , и так как такое ядро окружено слоем водорода, в котором идёт его горение, температура ядра начинает повышаться практически без изменения плотности, пока не будут достигнуты сочетание температуры (~10⁸ К) и плотности (~10⁶ г/см³) для начала тройной гелиевой реакции:

He⁴ + He⁴ = Be⁸

Be⁸ + He⁴ = C¹² + 7,3 МэВ.

Зависимость энерговыделения от температуры в тройной гелиевой реакции чрезвычайно высока, так, для диапазона температур $T$ ~(1—2)·10⁸ K энерговыделение $\varepsilon _{3\alpha }$ :

$\varepsilon _{3\alpha } = 10^8 \rho ^2 Y^3 \left( {{T \over {10^8 }}} \right)^{30}$

где $Y$ — парциальная концентрация гелия в ядре (в рассматриваемом случае «выгорания» водорода близка к единице).

При отсутствии вырождения повышение температуры привело бы к расширению ядра, снижению плотности и равновесной скорости термоядерной реакции, однако из-за вырождения температура растёт при почти постоянной плотности, что приводит к постоянному росту энерговыделения тройной гелиевой реакции в ядре — до тех пор, пока температура не возрастает до снятия вырождения при данной плотности.

Гелиевая вспышка развивается в течение единиц минут и светимость ядра в пике вспышки достигает 10¹⁰ солнечных. После снятия вырождения ядро быстро расширяется, и звезда на некоторое время (~10⁴—10⁵ лет) резко увеличивает свою светимость.

Ядерные процессы
Радиоактивный распад Альфа-распад Бета-распад Кластерный распад Двойной бета-распад Электронный захват Двойной электронный захват Гамма-излучение Внутренняя конверсия Изомерный переход Нейтронный распад Позитронный распад Протонный распад Спонтанное деление Нуклеосинтез Термоядерная реакция Протон-протонный цикл CNO-цикл Тройной альфа-процесс Гелиевая вспышка Процесс углеродного сгорания Углеродная детонация Процесс неонового сгорания Процесс кислородного сгорания Процесс кремниевого сгорания Нейтронный захват R-процесс S-процесс Захват протонов: P-процесс Rp-процесс Нейтронизация Реакции скалывания