Wann genau wird aus einem Unterriesen ein Roter Riese?

Die einfache Definition bezieht sich auf die Position eines Sterns auf seiner Evolutionsbahn im HR-Diagramm (siehe unten). Die Unterriesen-Zweigsterne sind diejenigen, die ihren Wasserstoffkern erschöpft haben und die Wasserstoff in einer Hülle verbrennen, aber ihre He-Kerne haben noch nicht begonnen, sich wesentlich zusammenzuziehen . Der deutliche Anstieg der Leuchtkraft markiert den Beginn des Roten-Riesen-Zweigs. Dies geschieht, wenn der Kern deutlich massiver wird, sich hydrostatisch nicht mehr stützen kann und sich zusammenzuziehen beginnt. Gleichzeitig dehnt sich die Hülle aus und wird konvektiv, und die H-brennende Hülle bewegt sich nach innen und nimmt an Temperatur und Leuchtkraft zu.

An der Spitze des roten Riesenzweigs wird er entzündet. Dies geschieht "explosiv" in einem entarteten Kern, wenn der Stern etwa unten ist$2M_{\odot}$(nicht$5M_{\odot}$), beginnt aber glatt in massereicheren Sternen. Dadurch dehnt sich der Kern aus, schiebt die H-brennende Schale heraus und reduziert die Leuchtkraft.

HR-Diagramm, das die Position der Zweige des Unterriesen und des Roten Riesen auf den Entwicklungsspuren für Sterne unterschiedlicher Masse zeigt. Die Spuren beginnen bei der Hauptsequenz und entwickeln sich bis zum Ende der Hauptsequenz, über den Unterriesen-Zweig, den roten Riesen-Zweig nach oben, der endet, wenn das Kern-He-Brennen beginnt und die Sterne weniger leuchtend und heißer werden.

Lassen Sie uns die Stadien der Evolution nach der Hauptsequenz durchgehen. Als Referenz stammen die Bilder und ein Großteil des Inhalts aus An Introduction to Modern Astrophysics von Carroll und Ostlie . Ich werde dies in Sterne mit geringer Masse aufteilen ($\sim1\:\mathrm{M_\odot}$) und Sterne mittlerer Masse (($\sim5\:\mathrm{M_\odot}$)

Entwicklung geringer Masse

Oben ist ein HR-Diagramm , das den Weg eines massearmen Sterns durch den Leuchtkraft-Temperatur-Phasenraum darstellt. Der Stern verlässt die Zero-Age Main Sequence (ZAMS), sobald der Kern des Sterns keinen Wasserstoff mehr hat und die Fusion von Wasserstoff zu Helium aufhört. Wie Sie sagten, beginnen Sie, eine leichte Kernkontraktion zu haben, und dann beginnt Wasserstoff in einer Hülle um den Kern herum zu brennen, wodurch eine Heliumhülle entsteht. Dieses Brennen der Wasserstoffhülle führt dazu, dass der Kern weiter an Größe zunimmt, und irgendwann erreicht man die Schönberg-Chandrasekhar-Grenze, im Wesentlichen die Massengrenze für den Kern, der in der Lage ist, den Gravitationsdruck von sich selbst und der Hülle zu tragen. Sobald der Kern zu massiv wird, zieht er sich schnell zusammen und setzt viel potenzielle Gravitationsenergie frei, die in die Hülle geleitet wird, wodurch sie sich erwärmt. An diesem Punkt befindet sich der Stern am Ende des Sub-Giant Branch (SGB)-Teils des Pfades und steht kurz davor, in den Red Giant Branch (RGB) einzutreten.

Mit einem kollabierenden Kern (und fortgesetztem Brennen der Wasserstoffhülle), der enorme Energiemengen erzeugt, und einer sich erwärmenden Hülle muss der Stern ein Gleichgewicht erreichen. Dies wird dadurch erreicht, dass sich die Umhüllung drastisch ausdehnt. Ich würde behaupten, dass dies der Fall ist, wenn der Stern zu einem roten Riesen wird. Nachdem die Kernkontraktionsenergie in die Hülle abgegeben wurde und sich die Hülle durch Erwärmung ausgedehnt hat. Nach diesem Punkt passiert noch viel mehr, einschließlich eines Ausbaggerns aus dem Kern und des Heliumblitzes, aber das geht über den Rahmen Ihrer Frage hinaus.

Mittlere Massenevolution

Dies ist das HR-Diagramm, das den Weg eines Sterns mit mittlerer Masse darstellt, wenn er das ZAMS verlässt. Der größte Teil der oben gegebenen Beschreibung ist hier anwendbar, da der Stern mit mittlerer Masse dem gleichen Prozess folgt. Lediglich im Detail gibt es wenige Unterschiede. Der Hauptunterschied, den Sie feststellen können, besteht darin, dass der Stern, wenn er sich entlang des SGB bewegt, gegen Ende tatsächlich an Leuchtkraft abnimmt, bevor er sich an das RGB wagt. Dies ist einfach auf die Tatsache zurückzuführen, dass die Hülle, nachdem sich der Kern zusammengezogen und Energie in die Hülle abgegeben hat, so viel größer ist als das Gehäuse mit geringer Masse, dass sie viel mehr Energie absorbieren kann, bevor sie sich wieder ins Gleichgewicht bringen muss. Eine Zeit lang zieht sich der Kern zusammen, wodurch Energie in die Hülle geleitet wird, und die Gesamthelligkeit des Sterns nimmt ab, weil die Energie des Kerns noch nicht aus dem Stern herausgefunden hat. aber der Stern ist jetzt kleiner. Sobald die Hülle ihren Spitzenenergieverbrauch erreicht, dehnt sie sich aus, genau wie im Zustand geringer Masse$-$es braucht einfach mehr Zeit und Energie, um diesen Punkt zu erreichen.

Ich weiß nicht, ob dies Ihre Frage beantwortet, aber beide Sterne unterliegen demselben Prozess. Was mit den Unterriesen passiert, ist, dass die Wolke der freien Elektronen den Prozess ein wenig stoppt, aber in den massiven Sternen wurde diese Wolke nicht verändert.

Degenerierte Elektronenwolke: nicht wechselwirkende Teilchen mit Druck und anderen physikalischen Eigenschaften, die durch quantenmechanische Effekte bestimmt werden. Es ist das Analogon eines idealen Gases in der klassischen Mechanik. Der entartete Zustand der Materie, sofern sie von einem idealen Gas abweicht, entsteht bei außerordentlich hoher Dichte (in kompakten Sternen) oder bei extrem niedrigen Temperaturen im Labor. Es tritt bei Materieteilchen wie Elektronen, Neutronen, Protonen und Fermionen im Allgemeinen auf und wird in diesem Fall als elektronenentartete Materie, neutronenentartete Materie usw. bezeichnet. In einer Mischung aus Teilchen, wie Ionen und Elektronen in Weißen Zwergen oder Metallen, können die Elektronen entartet sein, während dies bei den Ionen nicht der Fall ist.