¿Qué causa que las dimensiones de una estrella aumenten cuando su combustible de hidrógeno se agota?

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¿Qué causa que las dimensiones de una estrella aumenten cuando su combustible de hidrógeno se agota? Por ejemplo, se espera que el Sol aumente su radio 250 veces. ¿Qué causa esto si se espera que su temperatura baje? ¿Cómo puede expandirse el gas si baja la temperatura?

star astrophysics Anixx
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Respuestas:

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El sol nunca se quedará sin hidrógeno. Este es un error común.

En este momento, el Sol está fusionando hidrógeno en helio. Este helio fusionado permanece en el núcleo hasta que alcance una masa crítica . En este punto, el núcleo comenzará a colapsar. Este colapso aumenta la temperatura y la presión alrededor del núcleo donde se fusiona el hidrógeno, lo que provoca el aumento de la fusión de hidrógeno, que también provoca un aumento de la presión de radiación que hace que las capas externas se expandan y enfríen.

Una vez que el núcleo alcanza una temperatura de aproximadamente 100 millones de Kelvin, la fusión de helio comienza dramáticamente (Helium Flash) con alta presión de radiación en el núcleo. Aquí es donde el Sol alcanzará 250 veces su radio actual.

Cuando la fusión de helio se estabiliza, la presión de radiación en los núcleos disminuye y el radio del Sol se contrae.

La temperatura solo caerá en la superficie porque a medida que se expande está más lejos del núcleo.

Joan.bdm
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De acuerdo con The Disappearing Spoon, al menos según tengo entendido, un aumento en la temperatura resulta en una disminución en la velocidad de fusión, un hecho que establece la temperatura de equilibrio para una estrella de una composición dada. Si el helio es capaz de soportar la fusión a temperaturas más altas que el hidrógeno que está sujeto a una presión similar, eso sugeriría una temperatura de equilibrio más alta.
supercat
La temperatura no es todo lo que importa en la fusión. Hay altos aumentos en las presiones en el núcleo.
Joan.bdm
La densidad es una función de presión y temperatura. A medida que aumentan las temperaturas, disminuye la densidad. Además, según tengo entendido, para que los átomos se fusionen, la diferencia en sus vectores de velocidad debe estar en un cierto rango. Si es demasiado pequeño, los núcleos serán separados por sus cargas eléctricas. Si es demasiado grande, la energía cinética que queda después de la colisión los separará. Similar a la razón por la cual los reactores nucleares necesitan algo para moderar la velocidad de los neutrones que vuelan por allí.
supercat
@ Supercat No exactamente. En materia degenerada, la presión es casi completamente independiente de la temperatura. Esto es lo que ocurre críticamente en varias etapas de la evolución de varias estrellas (como un destello de helio): el núcleo se degenera antes de que pueda comenzar a fusionarse, por lo que la temperatura puede aumentar (o disminuir) drásticamente con poco o ningún cambio de presión, lo que resulta en una fusión extremadamente rápida de casi todo el núcleo una vez que las temperaturas alcanzan cierto punto.
zibadawa timmy