Vũ trụ và hệ mặt trời  (Page 7/10)

Phản ứng tổng hợp cácbon và các nguyên tố khác

Khi nhiên liệu H2 dùng sắp hết, phản ứng tổng hợp He sẽ yếu dần, áp lực bức xạ bên trong không đủ mạnh để cân bằng lực nén do hấp dẫn, khiến thể tích co lại. Khi co lại, khí He bên trong bị nén nên nhiệt độ tăng dần, cho đến khi đạt tới nhiệt độ 108K, sẽ xảy ra phản ứng tổng hợp nhân Cacbon từ He :

3He4  C12 + q

Phản ứng này xảy ra ở nhiệt độ cao, tốc độ lớn, nên thời gian cháy He chỉ bằng1/30 thời gian cháy H2 khoảng 300 triệu năm. Nhiệt sinh ra trong phản ứng làm tăng áp suất bức xạ, khiến ngôi sao nở ra hàng trăm lần so với trước. Lúc này mặt ngoài sao nhiệt độ khoảng 4000K, có màu đỏ, nên gọi là sao đỏ khổng lồ. Vào thời điểm là sao đỏ khổng lồ, mặt trời sẽ nuốt chửng sao Thủy và sao Kim, nung trái đất đến 1500K thành 1 hành tinh nóng chảy, kết thúc sự sống tại đây.

Kết thúc quá trình cháy Heli, áp lực trong sao giảm, lực hấp dẫn ép sao co lại, làm mật độ và nhiệt độ tăng lên, đến T= 5.106K sẽ xảy ra phản ứng tạo Oxy:

4C12 3O16 + q

Quá trình cháy xảy ra như trên, với tốc độ tăng dần và thời gian ngắn dần. Chu trình cháy - tắt - nén - cháy được tăng tốc, liên tiếp thực hiện các phản ứng tạo nguyên tố mới O16 ->Ne20 ->Na22 ->Mg24 ->Al26 ->Si28 ->P30 ->S32 ->... ->Cr52 ->Mn54 ->Fe56

Các phản ứng trên đã tạo ra hơn 20 nguyên tố, tận cùng là sắt Fe56 (gồm 26 proton và 30 netron), toàn bộ quá trình được tăng tốc, xảy ra chỉ trong vài triệu năm.

Sau khi tạo ra sắt Fe56, chuỗi phản ứng hạt nhân trong ngôi sao kết thúc, vì việc tổng hợp sắt thành nguyên tố nặng hơn không có độ̣ hụt khối lượng, không phát sinh năng lượng, mà cần phải cấp thêm năng lượng.

Sự tiến hóa cuả mặt trời

Sau khi tạo ra sắt, các phản ứng hạt nhân sinh nhiệt tắt hẳn, lực hấp dẫn tiếp tục nén mặt trời cho đến “chết”. Quá trình hoá thân của mặt trời phụ thuộc cường độ lực hấp dẫn, tức là tuỳ thuộc vào khối lượng của nó, theo một trong ba kịch bản như sau:

1. Các sao có khối lượng M (0,7  1,4)M0:

Sau khi hết nhiên liệu, từ một sao đỏ khổng lồ đường kính 100.106 km co lại thành sao lùn trắng đường kính cỡ 1500 km, là trạng thái dừng khi lực hấp dẫn cân bằng với áp lực tạo ra khi các nguyên tử đã ép sát lại nhau, có khối lượng riêng cỡ 1012 kg/m3. Nhiệt sinh ra khi nén làm nhiệt độ bề mặt sao đạt tới 6000K, sau đó tỏa nhiệt và nguội dần trong một tỉ năm thành sao lùn đen hay sao sắt, như một xác sao không thấy được lang thang trong vũ trụ. Mặt trời hoá kiếp theo kiểu này.

1. Các sao có khối lượng M  (1,4 5)M0:

Lực hấp dẫn đủ mạnh để ép nát nguyên tử, ép các hạt nhân lại sát nhau, làm tróc hết lớp vỏ điện tử, tạo ra một khối gồm toàn neutron ép sát nhau và gọi là sao neutron, có đường kính cỡ 15 km và mật độ 1018kg/m3.