La fusione nucleare è la linfa vitale delle stelle e un processo importante per capire come funziona l'universo. Il processo è ciò che alimenta il nostro stesso Sole, e quindi è la fonte radice di tutta l'energia sulla Terra. Ad esempio, il nostro cibo si basa sul mangiare piante o mangiare cose che mangiano le piante, e le piante usano la luce del sole per fare cibo. Inoltre, praticamente tutto nel nostro corpo è costituito da elementi che non esisterebbero senza fusione nucleare.

Come inizia la fusione?

La fusione è uno stadio che si verifica durante la formazione stellare. Questo inizia nel collasso gravitazionale di una gigantesca nuvola molecolare. Queste nuvole possono attraversare diverse dozzine di anni luce cubici di spazio e contenere grandi quantità di materia. Quando la gravità collassa la nuvola, si rompe in pezzi più piccoli, ciascuno centrato attorno a una concentrazione di materia. Quando queste concentrazioni aumentano di massa, la corrispondente gravitazione e quindi l'intero processo accelera, con il collasso stesso che crea energia termica. Alla fine, questi pezzi si condensano sotto il calore e la pressione in sfere gassose chiamate protostelle. Se una protostella non concentra abbastanza massa, non raggiunge mai la pressione e il calore necessari per la fusione nucleare e diventa una nana bruna. L'energia derivante dalla fusione che si svolge nel centro raggiunge uno stato di equilibrio con il peso della materia della stella, impedendo ulteriori collassi anche nelle stelle supermassicci.

Stellar Fusion

La maggior parte di ciò che rende su una stella c'è gas idrogeno, insieme ad un po 'di elio e una miscela di oligoelementi. L'enorme pressione e calore nel nucleo del Sole è sufficiente a causare la fusione dell'idrogeno. La fusione dell'idrogeno unisce due atomi di idrogeno insieme, creando la creazione di un atomo di elio, neutroni liberi e una grande quantità di energia. Questo è il processo che crea tutta l'energia rilasciata dal Sole, incluso tutto il calore, la luce visibile ei raggi UV che alla fine raggiungono la Terra. L'idrogeno non è l'unico elemento che può essere fuso in questo modo, ma elementi più pesanti richiedono quantità successive di pressione e calore.

A corto di idrogeno

Alla fine le stelle cominciano a esaurirsi idrogeno che fornisce il combustibile base e più efficiente per la fusione nucleare. Quando ciò accade, l'energia crescente che stava sostenendo l'equilibrio stava impedendo l'ulteriore condensazione della stella che spazzava fuori, causando un nuovo stadio di collasso stellare. Quando il collasso esercita una pressione sufficiente e maggiore sul nucleo, è possibile un nuovo round di fusione, questa volta bruciando l'elemento più pesante dell'elio. Le stelle con una massa di meno della metà del nostro Sole non hanno i mezzi per fondere elio e diventare nane rosse.

Fusion in corso: stelle di medie dimensioni

Quando una stella inizia a fondere l'elio nel core, la produzione di energia aumenta rispetto a quella dell'idrogeno. Questa maggiore uscita spinge più lontano gli strati esterni della stella, aumentandone le dimensioni. Ironia della sorte, questi strati esterni sono ora abbastanza lontani da dove sta avvenendo la fusione per raffreddarsi un po ', trasformandoli da giallo a rosso. Queste stelle diventano giganti rosse. La fusione dell'elio è relativamente instabile e le fluttuazioni della temperatura possono causare pulsazioni. Crea carbonio e ossigeno come sottoprodotti. Queste pulsazioni hanno il potenziale di soffiare via gli strati esterni della stella in un'esplosione di nova. Una nova può a sua volta creare una nebulosa planetaria. Il nucleo stellare rimanente si raffredderà gradualmente formando una nana bianca. Questa è la probabile fine per il nostro Sole.

Fusion in corso: grandi star

Le stelle più grandi hanno più massa, il che significa che quando l'elio è esaurito, possono avere un nuovo round di collasso e produrre la pressione per iniziare un nuovo round di fusione, creando elementi ancora più pesanti. Questo può potenzialmente andare avanti fino a quando non si raggiunge il ferro. Il ferro è l'elemento che divide gli elementi che possono produrre energia in fusione da quelli che assorbono energia in fusione: il ferro assorbe un po 'di energia nella sua creazione. Ora la fusione è prosciugante, piuttosto che creare energia, sebbene il processo non sia uniforme (la fusione di ferro non andrà avanti universalmente nel nucleo). La stessa instabilità di fusione nelle stelle supermassicci può farli espellere i loro gusci esterni in modo simile alle stelle regolari, con il risultato che si chiama supernova.

Stardust

Una considerazione importante nella meccanica stellare è che tutto l'universo più pesante dell'idrogeno è il risultato della fusione nucleare. Elementi veramente pesanti, come oro, piombo o uranio, possono essere creati solo attraverso esplosioni di supernova. Pertanto, tutte le sostanze che abbiamo familiarità con la Terra sono composti costruiti dai detriti di una morte precedente stellare.