Kernfusie is het levensbloed van sterren en een belangrijk proces om te begrijpen hoe het universum werkt. Het proces is wat onze eigen zon drijft en daarom de wortelbron is van alle energie op aarde. Ons eten is bijvoorbeeld gebaseerd op het eten van planten of het eten van dingen die planten eten, en planten gebruiken zonlicht om voedsel te maken. Bovendien is vrijwel alles in ons lichaam gemaakt van elementen die niet zouden bestaan ​​zonder kernfusie.

Hoe begint Fusion?

Fusie is een fase die plaatsvindt tijdens stervorming. Dit begint bij de gravitationele ineenstorting van een gigantische moleculaire wolk. Deze wolken kunnen enkele tientallen kubieke lichtjaren ruimte omspannen en enorme hoeveelheden materie bevatten. Terwijl de zwaartekracht de wolk instort, breekt het uiteen in kleinere stukken, elk gecentreerd rond een concentratie van materie. Naarmate deze concentraties toenemen in massa, versnelt de corresponderende zwaartekracht en daarmee het hele proces, waarbij de ineenstorting zelf warmte-energie creëert. Uiteindelijk condenseren deze stukken onder de hitte en druk in gasachtige sferen die protosterren worden genoemd. Als een protoster niet genoeg massa concentreert, bereikt hij nooit de druk en warmte die nodig is voor kernfusie en wordt hij een bruine dwerg. De energie die oprijst uit de fusie die plaatsvindt in het centrum, bereikt een evenwichtstoestand met het gewicht van de materie van de ster, en voorkomt verdere ineenstorting, zelfs in supermassieve sterren.

Stellar Fusion

Meest van wat maakt een ster is waterstofgas, samen met wat helium en een mengsel van sporenelementen. De enorme druk en hitte in de kern van de zon is voldoende om waterstofversmelting te veroorzaken. Waterstoffusie propt twee waterstofatomen samen, wat resulteert in de creatie van één heliumatoom, vrije neutronen en een grote hoeveelheid energie. Dit is het proces dat alle energie creëert die door de zon wordt vrijgegeven, inclusief alle warmte, zichtbaar licht en UV-stralen die uiteindelijk de aarde bereiken. Waterstof is niet het enige element dat op deze manier kan worden gefuseerd, maar zwaardere elementen vereisen achtereenvolgens grotere hoeveelheden druk en warmte.

Running out of Hydrogen

Uiteindelijk beginnen sterren uit te lopen van de waterstof dat de basis en meest efficiënte brandstof levert voor kernfusie. Toen dit gebeurde, verhinderde de stijgende energie die het evenwicht ondersteunde verdere verdere condensatie van de ster uit spatten, die een nieuw stadium van stellaire instorting veroorzaakt. Wanneer de ineenstorting voldoende, grotere druk op de kern legt, is een nieuwe ronde van fusie mogelijk, deze keer verbranden van het zwaardere element van helium. Sterren met een massa van minder dan de helft van onze eigen zon missen de middelen om helium te fuseren en worden rode dwergen.

Doorlopende fusie: middelgrote sterren

Wanneer een ster begint met het smelten van helium in de kern, neemt de energieproductie toe ten opzichte van die van waterstof. Deze grotere output duwt de buitenste lagen van de ster verder naar buiten, waardoor deze groter wordt. Ironisch genoeg zijn deze buitenste lagen nu ver genoeg van waar de fusie plaatsvindt om een ​​beetje af te koelen, waardoor ze van geel in rood veranderen. Deze sterren worden rode reuzen. Heliumfusie is relatief onstabiel en schommelingen in temperatuur kunnen pulsaties veroorzaken. Het creëert koolstof en zuurstof als bijproducten. Deze pulsaties hebben het potentieel om de buitenste lagen van de ster af te blazen in een nova-explosie. Een nova kan op zijn beurt een planetaire nevel creëren. De resterende stellaire kern zal geleidelijk afkoelen en een witte dwerg vormen. Dit is het waarschijnlijke einde voor onze eigen zon.

Doorlopende fusie: grote sterren

Grotere sterren hebben meer massa, wat betekent dat wanneer het helium uitgeput is, ze een nieuwe ronde van instorting kunnen hebben en produceer de druk om een ​​nieuwe ronde van fusie te beginnen, creërend nog zwaardere elementen. Dit kan mogelijk doorgaan totdat ijzer is bereikt. IJzer is het element dat elementen verdeelt die in fusie energie kunnen produceren van die welke energie in fusie absorberen: ijzer absorbeert een beetje energie in zijn creatie. Fusie is nu leeg, in plaats van energie te creëren, hoewel het proces ongelijk is (ijzerfusie zal in de kern niet universeel plaatsvinden). Dezelfde fusie-instabiliteit in supermassieve sterren kan ervoor zorgen dat ze hun buitenste schillen op dezelfde manier als normale sterren uitwerpen, met als resultaat een supernova.

Sterrenstof

Een belangrijke overweging in de stellaire mechanica is dat alle materie in het universum zwaarder dan waterstof het resultaat is van kernfusie. Echt zware elementen, zoals goud, lood of uranium, kunnen alleen worden gemaakt door supernova-explosies. Daarom zijn alle substanties die we op aarde kennen verbindingen die zijn opgebouwd uit het puin van een of andere voorbije sterfloop.