Кіріспе

Көміртегін жағу процесі немесе көміртегінің бірігуі – бұл массасы жоғары жұлдыздардың (туғанда кем дегенде 8 массалық бірлік) ядроларында көміртегіні басқа элементтерге айналдыратын ядролық синтез реакцияларының жиынтығы. Ол үшін жоғары температура (> 5 × 108 К немесе 50 кэВ) және тығыздық (> 3 × 109 кг/м3) қажет. Бұл температура мен тығыздық көрсеткіштері шамамен берілген. Көбірек массасы бар жұлдыздар өздерінің ядролық отынын жылдамырақ жағады, себебі олар гидростатикалық тепе-теңдікті (шамамен) сақтау үшін үлкен гравитациялық күштерді теңестіруі керек. Бұл, әдетте, массасы аз жұлдыздарға қарағанда жоғары температураны, бірақ төмен тығыздықты білдіреді. Нақты масса мен эволюцияның нақты кезеңі үшін дұрыс мәндерді алу үшін компьютерлік алгоритмдермен есептелген сандық жұлдыздық модельді қолдану қажет. Мұндай модельдер ядролық физика эксперименттерінің (ядролық реакциялардың жылдамдығын өлшеу) және астрономиялық байқаулардың (масса жоғалтуды тікелей байқау, конвекциялық аймақтардың дамуынан кейін спектрлік байқаулар арқылы ядролық өнімдерді анықтау – беттен синтездік жану аймақтарына дейін, бұл «көтерілу» деп аталады, және модельдерге қатысты басқа да көптеген байқаулар) негізінде үнемі жақсарылып келеді.

Реакция өнімдері

Бұл реакциялар тізбегін екі өзара әрекеттесетін көміртек ядросы 24Mg ядросының қозған күйін құру үшін бірігіп, содан кейін жоғарыда аталған бес жолдың бірімен ыдырайтындығын ескере отырып түсінуге болады. Алғашқы екі реакция босатылған үлкен оң энергиялар көрсеткендей, күшті экзотермиялық болып табылады және өзара әрекеттесудің ең жиі нәтижесі болып табылады. Үшінші реакция, энергия шығарылмай, керісінше сіңірілетінін көрсететін үлкен теріс энергияға ие болғандықтан, күшті эндотермиялық болып табылады. Бұл оны азырақ ықтимал етеді, бірақ көміртекті жағудың жоғары энергиялы ортасында орын алуы мүмкін. Төртінші реакция энергияның көп мөлшерін бөліп шығаруына байланысты ең көп кездесетін реакция болуы мүмкін, бірақ шындығында ол электромагниттік өзара әрекеттесу арқылы жүзеге асатындықтан өте сирек. Сондықтан көміртекті жағу нәтижесінде негізінен оттегі, неон, натрий және магний қоспасы түзіледі. Осыған ұқсас резонанс үш альфа процесінің ықтималдығын арттырады, ал бұл процесс көміртектің бастапқы өндірісіне жауапты.

Нейтринолардың жоғалуы

Нейтринолардың жоғалуы көміртектік жану температурасы мен тығыздығында жұлдыздардағы термоядролық процестерде маңызды факторға айналады. Басты реакцияларда нейтринолар тікелей қатыспаса да, протон-протон тізбекті реакциясы сияқты қосымша реакцияларда қатысады. Бірақ осындай жоғары температурада нейтриноның басты көзі кванттық теориядағы жұптардың пайда болуы деп аталатын процеске байланысты. Екі электронның тыныш массасынан артық энергияға ие жоғары энергиялы гамма сәулесі (масса-энергия эквиваленттігі) жұлдыздағы атомдық ядролардың электромагниттік өрістерімен әрекеттесіп, электрон және позитрон бөлшегі мен антибөлшегінен тұратын жұпты құрай алады. Көбінесе позитрон басқа электронмен жылдам жойылып, екі фотон тудырады, және бұл процесті төмен температурада ескермеуге болады. Бірақ 10¹⁹ жұптың шамамен біреуі…

Жұлдыздық эволюция

Гелийдің қосылуы кезінде жұлдыздар көміртегі мен оттегіге бай инертті ядроны қалыптастырады. Инертті ядро ақырында гравитациялық күш салдарынан құлауға жеткілікті массаға жетеді, ал гелийдің жануы біртіндеп сыртқа қарай жылжиды. Инертті ядроның көлемінің төмендеуі температураны көміртегінің тұтану температурасына дейін көтереді. Бұл ядроның маңындағы температураны көтеріп, гелийдің ядроның айналасындағы қабықта жануына мүмкіндік береді. Одан сыртқа қарай сутекті жағу қабаты орналасқан. Нәтижесінде көміртегінің жануы ядродан энергия бөліп, жұлдыздың механикалық тепе-теңдігін қалпына келтіреді. Дегенмен, бұл тепе-теңдік ұзаққа соқпайды; 25 күн массасы бар жұлдызда бұл процесс ядродағы көміртегінің көп бөлігін бар болғаны 600 жылдың ішінде пайдаланады. Бұл процестің ұзақтығы жұлдыздың массасына байланысты айтарлықтай өзгереді. 8-9 күн массасынан төмен жұлдыздар көміртегіні жағу үшін жеткілікті жоғары ядролық температураға жете алмайды, олардың өмірі көміртегі-оттегі ақ жұлдызы ретінде аяқталады, ал планеталық тұмандыққа ұласатын қабықтың жұмсақ гелийлік жарқылдары сыртқы қабықты шығарып тастайды. Ядролық жанудың соңғы сатыларында жұлдыз күшті жұлдыздық желді дамытады, ол планеталық тұмандықтың сыртқы қабығын жылдам шығарып, шамамен 1,1 күн массасы бар O Ne Na Mg ақ жұлдыз ядросын қалдырады.