科学家首次破译太阳核心的第二种核聚变
根据理论,太阳核聚变的主要形式应该是质子的核聚变,由氢生成氦。这种反应被称为pp链,是恒星最容易产生的反应。对于拥有更热、更致密核的较大恒星来说,一种被称为CNO循环的更强大的反应是主要的能量来源。这个反应使用氦来产生碳、氮和氧,CNO循环是这三种元素(除了氢和氦)在宇宙中最丰富的原因。
在过去的十年中,中微子探测器变得更加高效。现代探测器不仅能探测到中微子的能量,还能探测到它的味。我们现在知道,从早期实验中检测到的太阳中微子不是来自普通的pp链中微子,而是来自二次反应,比如硼衰变,它会产生更容易检测到的高能中微子。然后在2014年,一个团队检测到了由pp链直接产生的低能中微子。他们的观察证实了99%的太阳能量是由质子-质子聚变产生的。
PP CAHIN
https://zh.wikipedia.org/wiki/%E8%B3%AA%E5%AD%90%EF%B9%A3%E8%B3%AA%E5%AD%90%E9%8F%88%E5%8F%8D%E6%87%89==
https://pansci.asia/archives/tag/p-p-chain太陽核融合過程中碳氮氧循環(carbon–nitrogen–oxygen cycle,CNO cycle)
https://web.fg.tp.edu.tw/~earth/learn/tasastro/ch113.htm在主序上,由上而下是依恆星的質量排列,質量越大者在越上方,質量越小的則在主序越下方。由此可知,主序星可大致分為兩類,大質量的上主序星 (upper main- sequence stars) 與小質量的下主序星 (lower main-sequence stars)。在外觀上,上主序星比下主序星巨大、亮度高,溫度也較高;但從恆星內部來看,大質量恆星內部行CNO循環反應進行氫融合,而小質量恆星則行p-p鏈反應,所以兩者相當的不同。由於上主序星的質量大,中心溫度也必須較高才能平衡強大的重力,所以造就了CNO循環反應的環境,也深深影響了其內部的結構。
CNO循環是一種對溫度十分敏感的反應。如果恆星中心溫度升高10%,p-p鏈的產能速率不過提高46%,但CNO循環卻會提高350%。這表示質量越大的恆星,其產生能量的區域越集中在中心溫度最高處。例如,一顆質量10M⊙的恆星,其能量50%都產自於中心2%質量的區域。
能量生產高度集中於中心的小區域時,便會造成能量向外傳輸「塞車」,以輻射 (radiation) 方式傳輸的速度不足以應付,核心區域於是產生劇烈的翻攪,高溫氣體暴昇,冷卻,然後又下沉,在這種對流 (convection) 的過程中,能量得以快速傳遞至核心外層。而在外層區域,能量傳輸較沒有塞車的問題,所以仍然以輻射將能量向外傳送。因此,對大質量恆星而言,它們具有對流核 (convective cores) 的中心,與一直延伸至表面的輻射封套 (radiative envelops) 外層結構。
質量在1.1M⊙以下的主序星中心無法達到CNO循環所需要的高溫,所以大部分能量來自對溫度較不敏感的p-p鏈反應,產能區域也比較大。以太陽為例,其50%的能量產生於佔總質量11%的中心區域。由於能量產生較不集中,沒有能輛傳輸塞車的問題,所以它的能量可以輻射方式直接向外傳遞,只有在表面附近,因為氣體的溫度較低,變得較不透明,所以用對流來釋放能量。故小質量恆星的結構為中心輻射核與外層的對流氣體封套。
最小質量的恆星在結構上只有些許不同。質量在0.4M⊙以下的恆星,甚至其中心氣體的溫度也太低,不利於輻射傳導,所以整顆恆星皆以對流方式傳遞能量。
恆星所產生的能量不但阻止了重力縮陷,也決定了其內部結構。在下一節中,我們將探討恆星生命中最長期、最平和的主序階段。