Original: http://faculty.wcas.northwestern.edu/~infocom/The%20Website/end.html

David Taylor

Heliumvälk

Punase hiiglase lõpu alguses tekib meie päikese mass väga äkki. Kuna heeliumi “tuhk” jätkab selle keskpunkti üleskirjutamist, suureneb nende osakaal elektrondegeneratiivist. See on paaritu paradoks: isegi kui punase hiiglasliku tähe välisklaasid laienevad tohutu, kuid langeva pilve sisse, tõuseb selle sisemine tuum, moodustades maetud valge kääbus. Päikese tuumast temperatuur ja rõhk tõusevad 10 korda nende praegustele väärtustele. Ja ligikaudu 1.2 miljardit aastat pärast seda, kui see lahkub peamisejärjekorda, selle aujärje kõrgus punase hiiglasena muutub Päikese heeliumikeskme keskmeks piisavalt massiivseks, tihedaks ja kuumaks, et juhtub midagi hämmastavat: asja sees minutite jooksul süttib ja põleb.

Kui temperatuur südamikus jõuab umbes 100 miljonit kraadi, heelium hakkab sulada süsinikul reaktsiooni tuntakse kolmekordse alfa protsess, sest see muudab kolme heeliumituumadest ühte süsinikuaatomit. See tekitab palju soojust. Kuid erinevalt kui Sun oli noor ja selle tuum sisalduv tavaline asi, lisades rohkem soojust elektrone degenereerunud heelium ei põhjusta see laiendada ja jahe. Nagu ma märkida, kui olin arutame kvantmehaanika elektron-degenereerunud tähtis käitub rohkem nagu vedeliku kui gaasi kui kuumutada: selle temperatuur kiiresti tõuseb, kuid see ei laiene. Teiste sõnadega, isereguleeruv mehhanism, mis hoiab peamine järjestusega tähed nii stabiilne (hüdrostaatilise tasakaalu) on välja lülitatud elektron-degenereerunud tähtis. Kui lisate soojust valge kääbus, see lihtsalt kuumenedes.

Nagu see juhtub, on triple-alfa protsess erakordselt kõrge temperatuuri sõltuv: reaktsiooni temperatuur kahekordistub, see läheneb ligikaudu triljoni korda kiiremini! Kuivõrd sulanduv heelium kuumeneb südamikku, mida ei saa laieneda jahtuda, põhjustab kõrgemat temperatuuri, et heeliumi fusioon jätkub järsult miljonites kordades kiiremini, mis soojendab südamikku veelgi rohkem, mis omakorda põhjustab heeliumi sulandumisega , kiiremini…

Lühidalt, keskel heelium tuum plahvatab. Umbes 6% elektrone degenereerunud heeliumi tuum, mis nüüdseks kaalub umbes 40% päikese mass on kondenseerunud viiakse süsiniku mõne minuti jooksul. (See vastab põletamine umbes kümme Maa massi heeliumi sekundis, kui te hoida skoor.) Arusaadavatel põhjustel astronoomid nimetame seda heelium välk. Enam-vähem aega kulub röstsai bagel, välk väljaanded sama palju energiat kui meie praegune Sun genereerib 200 miljonit aastat. Kõrgusel välk, Päikese tuum väga lühidalt võrdne kombineeritud helendus kõik tähed Linnutee galaktika! Võiks arvata, et kahjutuli oleks sellise ulatusega on dramaatiline mõju punase hiiu – ja see, nii, kuid mitte pooltki nii äkki või vägivaldselt, kui võite arvata.

Seda seetõttu, et me kaldume alahinnata raskust. Võrreldes tuumarelvade hirmutava jõuga ei tundu mõne kivi väljaheitmisel tekkiv energia eriti muljetavaldavaks. Kuid tegelikult on äärmiselt tihedate, äärmiselt suurte masside gravitatsiooniline energia hämmastav – ainult meie inimeste eelarvamused tulenevad asjaolust, et me elame väikeses peblis, mis ei ole nii massiivne kui ka tihe, mis muudab meid mõtlema teisiti.

Oletame, et me võtame Maa näitena suurest tihedast objektist, kuigi see on umbes nii tihe kui puuvillane kompvekk valge kääbusiga võrreldes. Maa täispuhumine selle kahekordse suuruse suunas – see tähendab, et Maa massi tõstmine oma raskusjõu suhtes, kuni selle raadius on kahekordistunud – nõuaks kogu päikeseenergiat, mis lööb Maa pinda (ainult 185 000 000 000 megavatti) järgmisele 13 miljonit aastat!

Helisevälgu ajal kujutab tärniga degenereerunud tuum nii intensiivselt, et see lõpuks “aurustub”, nii et rääkida. See tähendab, et individuaalsed tuumad hakkavad liikuma nii kiiresti, et nad suudavad “keema minema” ja põgeneda. Tuum pöördub tagasi (silmapaistvalt tihedale) normaalsele gaasile ja jõuliselt laieneb. Suurenev gravitatsiooniline energia, mida on vaja selleks, et 100 000 Maa massi välja tõrjuda välja ja kuni korduvalt oma esialgse mahuni, on võrdne heeliumi välgu energia vabanemisega. Või ehk teisisõnu, peaaegu kogu välklambi energia imendub titaanilise kaalu tõstmisega, mis on vajalik südamiku eemaldamiseks selle valge kääbuspõlvest. Põhimõtteliselt pole ükski energia jõudnud punase hiiglase pinnale ja tõepoolest, kui vaatad oma palja silmaga punast hiiglat, kui selle heeliumi tuum pannakse üle, on kaheldav, et te märkate midagi üldse.

Seega, inimese standardite kohaselt on heeliumi välklamp pettumusväliseks, et vaadata. Galaktikastandardite järgi on punane hiiglane läbi südame löönud. Tuumakatkestuse järsk laienemine põhjustab jahutamist nii tõsiselt, et see on jumala tekkimisega sarnane. Jahutus põhjustab otseselt madalama rõhu tuumaga ümbritsevas vesinikupõlemiskestas ja seeläbi energiatootmise õnnetu langemisega. Ajakava, mis on peaaegu hetkeline võrreldes tavapärase ajajärguga, mille jooksul tähed jooksevad (võib-olla nii vähe kui 10 000 aastat), langeb punase hiiglase läbimõõt ja helendus alla 2% nende endistest väärtustest. Tähtede jaoks on meie päikese mass, heeliumi välgu tulemus on kokkuvarisemine oranžikaskollase tähte, mis võib olla kümme korda suurem praegusest päikese läbimõõdust ja 40 korda helgemusest. See on päris kommenteeritud.

Päikese lõpp

Lõplik 140 miljonit aastat või nii Päikese elu saab olema väga keeruline. Pärast selle kokkuvarisemist, nagu on näidatud joonisel 1, päike taastada ennast tärni kahekordse energia allikas: see on tihe (kuid mitte elektrone degenereerunud) süsiniku ja hapniku tuum ümbritsetud kestaga, kus heelium põleb arvesse süsiniku ja väljaspool, et see on teine kest, kus vesiniku põletamine arvesse heelium. (Tuum hapniku tekitatakse aeglase kokkusulamist süsiniku- ja heelium keskmes pinnast. In raskemad tähed, hapniku võib omakorda liituvad heeliumi teha neoon.) Heelium fusion toodab ainult 9% sama palju energiat kilogrammi vesiniku fusion nii energia tark, Sun jätkuvalt peamiselt vesinikust reaktoris. 90% selle kirkus ikka pärineb põletamine vesinik.

Kuid see tuum ümbritseb heliumi, mis nüüd dikteerib, kuidas Päike areneb. Päike kordab korduvalt seda, mida ta tegi kui vananemise peajärvi tähte, välja arvatud praegu koos süsinik-heeliumisisaldusega pigem südamiku kui heelium-vesinik seguga. Mõne aja jooksul saavutab see suhteline stabiilsus ja säilitab hüdrostaatilise tasakaalu oma uues kehas, kui oranžikaskollane “subgiant” täht. Seega eksisteerivad selles olemise faasis olevad tähed mõnikord olevat “heeliumi põhijärjestuses”. Inimese elu lühikesest perspektiivist lähtudes tunduvad subgiant tähed küllalt rahulikult: selline täht on tuntud säravarikas Arcturus, mille valgust kasutatakse 1933. aasta Chicago maailmareise avamiseks. Pärast teleskoobi leiutist ei ole see mingil määral muutunud.

Kuid heeliumi põletamiseks vajaminevad kõrged temperatuurid tähendavad seda, et päike saab ainult heeliumi põletada ühel viisil: väga kiire. Kuum süda dikteerib ka kiiret vesiniku põlemist. Kui see oli tavalisel põhijärjestusel, oli Päikese sälgumus ligikaudu 1,0 L_o umbes üheksa miljardit aastat, enne kui selgus lõpuks ligikaudu 2,7 L_o. Heliumi põhijärjestusel hoiab Päikese sära umbes 45 L_o juures, enne kui heledaks lõpuni umbes 110 L_o. Mitte nii muljetavaldav kui punane hiiglane, kuid siiski väga särav.

Subgiigi elustiili säilitamiseks peab Pähkel oma heeliumikeskuses kütuse läbi rebima 100 korda kiiremini, kui see oli algse vesiniku tuumaga. Pärast ainult 100 miljonit aastat kestnud heeliumi põhijärjestust hakkab päike taas ronima punaste hiidlaste kuningriiki ja samadel põhjustel nagu varemgi. Kuid ei ole “süsiniku välgu” samaväärset heliumi välklampi, mis peatas Sun esimest korda. Süsinik-süsinikfluoriumi süttimiseks vajalik temperatuur ja rõhk on liiga suured, et päike saaks ükskõik kui kokkusurutud keskkond muutub, nii et süsinik lihtsalt akumuleerub ja muutub tihedamaks. Suundumus, mida Päike esimesel joonel näitas punase hiiglasena, kui selle südamik purustati valge kääbustihedusega, isegi kui kümneid miljoneid läbimõõduga läbimõõduga välisküljed levitasid, on nüüd peatamatu. Päike muutub jälle punase hiiglasse, seekord tippkvaliteediga üle 3000 L_o. Selle välimised kihid löövad Jupiteri orbiidist kaugemale ja kaugemale väljapoole, isegi kui selle elektron-degenereerunud tuum kiiresti kasvab massiivsemaks ning seetõttu väiksemaks ja tihedamaks.

Ja lõpuks saabub päev, mil kaheosaline ettevõte. Tähe viimased päevad on äärmiselt keerukad, sest heeliumi põletavad ja vesinikku põletatavad kestad ei põle sama kiirusega. Kuumem, kiiremini põletatav heeliumi kest kaldub mööda väljapoole ja jõuda üle vesinikupõletavale kestale, ja kui see juhtub, pole veel rohkem heeliumi põlema jäänud, nii et heeliumikest purjustaks. Kuid hiiglaslik täht jookseb kiiresti rohkem heeliumi, mis seejärel kogub valge kääbusikust, kuni see äkki kiirgub helisummutusega, mis on midagi sellist nagu heeliumi südamiku välklamp. Heliumi ägenemine häirib (lülitab välja) vesinikku põlema lühikese aja jooksul ja nii läheb. Lõppude lõpuks põleb päike sõna otseses mõttes end surma, kuna mitu kütust süttib ja selle atmosfääri läbistavad äravoolutorud katkevad.

Neljal või viiel suurel purunemisel, mis paikneb ligikaudu 100 000 aasta kaugusel, eralduvad Päikese välimised kihid südamikust ja on täiesti puhutud. Need moodustavad tohutu, laieneva kestuse ümber päikesesüsteemi ja liiguvad väljapoole, et uuesti ühendada interstellulaargaasi. Sel moel pääsevad ligikaudu 45% Päikese massist. Ülejäänud 55% päikese massist kohe tihendatakse valge-kuuma, ülikondse tuumaga. Kellele, kes jälgib Päike kaugelt, näib päike paari punasest valgele värve nihutades, kuna seda ümbritsev gaasiline loor on tõusnud. (Mõeldes “kiiresti” tähendab see, et ajavahemik on ainult paar korda pikem kui püramiidide vanus).

Paljastunud pinna Kirpaiseva päikese südamik on nii kuum, vähemalt 170000 K°, et see kiirgab rohkem röntgenkiirgust kui nähtava valguse. (Post-punane-Hiidtäht on kuumim tärni teada, välja arvatud neutron stars.) Selle heledus on geniaalne 4000 L_o. Päike on kujunenud kiirguse allikas tõeliselt galaktika väärikus, oma energia süttib lekkiv gaas ümber nagu suur Neonvalomainos. Sellised pilved on kutsutud planetaarudu, eksitava nimetuse, sest 18. sajandi astronoomid vaevu näha neid teleskoobid ajast ja arvasin, et nad nägid välja nagu planeedid. Nad on ühed ilusamaid vaatamisväärsusi astronoomia. Foto paremal, udukogu tuntud NGC 6751, on üks mu lemmikuid. Ere kohapeal kesklinnas on post-punane hiiglane ematähest.

Tähelepanuväärne on, et välimike kihid, mida saab näha palja silmaga, on täht otse. See on Mira, “Hämmastav”, mida keskajal Araabia astronoomid nimetasid, kuna Mira muutub üsna ebaregulaarselt ligikaudu 330 päevaks, kuna tema tähtkuju (Cetus, whale) kõige säravam täht on täielik nähtamatu. Mira on ainus klassikaliselt nimega täht, mida te ei näe enamiku ajast. Tänapäevased instrumendid näitavad, et Mira on üsna pikk kapsas sügavpunase gaasi, mis ei ole isegi tihedalt sfääriline ja mis 2000 K° juures on ka üks kuulsamaid tuntumaid tähti. Selle atmosfääris on keerulised lained ja võnkumised, kuna tuumapõletuse all see purustab ja hingab. Seega on see varieeruvus. Vaevalt 500 000 aastat või vähem, Mira on planeetne tüvi.

Mis puudutab päikest, ilma et selle välimised kihid annaksid sellele rohkem vesinikku, siis saab seda säilitada vaid paari tuhande aastaga selle õlgu suurepärase kuvamise, mis on peaaegu rohkem kui sõrmede sulgemine galaktiliste standarditega. Lõpuks põlevad endised tiheda tuumaga kütuse jäägid lõpuks ja enam kui kaheteistkümne miljardi aasta jooksul esimest korda Päike enam ei tooda energiat. Tupus hajub ja hajub. Päike on saanud valge kääbus, veidi suurem kui
Maa aga 200 000 korda massiivsem ning miljardeid aastaid kõik, mida ta teeb, on aeglaselt jahtuda.

Tänu oma tohutule tihedusele on valgete kääbuspõlvede jahtumise aeg nii suurepärane, et isegi vanimat teadaolevat (ligi 12 miljardit aastat) pole olnud aega jahtuda tunduvalt alla 5000 K°. Võimalik, et neid väga vanu “valgeid pöialpoissi” nimetatakse täpsemalt nn kollakasvalgete kääbuspüünisteks, kuid Linnutee ei sisalda mingil juhul “musta pöialpoissi”. Kõik kümme miljardit valget punduvat tähte, mida meie galaktika on pärast Suurt piki paisumist teinud, on endiselt säravad, kuid hämaralt.