Гелиевая вспышка

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, которое поддерживалось энерговыделением, нарушается и ядро звезды начинает сжиматься. При достижении достаточной плотности ядра происходит вырождение газа электронов плазмы и ядро перестаёт сжиматься.

Особенностью вырожденного газа является крайне слабая зависимость давления от температуры: в нерелятивистском случае давление $P\sim K\rho ^{5/3}$. Ядро звезды 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:

⁴He + ⁴He = ⁸Be

⁸Be + ⁴He = ¹²C + 7,3 МэВ.

Зависимость энерговыделения от температуры в тройной гелиевой реакции чрезвычайно высока, так, для диапазона температур $T$ ~(1—2)⋅10⁸ К 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, при этом выделившаяся тепловая энергия переходит в потенциальную энергию. В результате светимость звезды во время вспышки почти не меняется. В результате последующей эволюции происходит быстрое уменьшение радиуса внешних оболочек и падение светимости звезды.

См. также

• Белый карлик
• Красный гигант
• Вырожденный газ
• Углеродная детонация

Ссылки

• Pogge, Richard W. The Once and Future Sun (англ.) (lecture notes) (1997). Дата обращения: 27 декабря 2009. Архивировано 22 августа 2011 года.
• Robin Ciardullo, Lection 23 Giants and Post-Giants: The Helium Flash // Astro 534, Penn State University