Почему в звездах т/я реакции идут миллионы лет?

[dw4]

Почему в звездах т/я реакции идут миллионы лет, а не мгновенно как в бомбе?

[sergey zhukov]

dw4
Так как звезда-то появляется. Начинает холодное вещество сжиматься, температура и плотность увеличиваются до тех пор, пока сжатие не прекратится из-за давления от термоядерных реакций. Все, дальше не сжимается. Скорость термоядерной реакции при этом гораздо меньше, чем в бомбе. Термоядерная реакция - это не что-то типа "все или ничего". Может идти медленно, может - быстро. От плотности и температуры зависит. И от ядер, которые сливаются. Плотность и температура низкие - скорость термоядерной реакции низкая. Главное, чтобы она "не замерзла", т.е. выделяла столько тепла, чтобы температуры ей хватало для дальнейшего протекания. На звездах с этим легко, а вот в бомбе гораздо сложнее.

В бомбе все может идти только быстро и там все для этого сделано, т.к. условия для поддержания термоядерной реакции (температура и плотность) существуют в бомбе очень короткое время. В отличии от звезды, где торопиться некуда, в бомбе все должно взорваться, пока оно не не разлетелось и не остыло. А в звезде вещество с очень высокой температурой и плотностью может существовать очень долго и вообще без термоядерных реакций, т.к. тепло из звезды просто очень медленно уходит. Так что на звездах может идти очень медленная термоядерная реакция, и выделяющегося тепла ей хватает, чтобы продолжаться с такой низкой скоростью. В бомбе же нужно выделять гораздо больше тепла и гораздо быстрее, чтобы все вещество бомбы успело поучаствовать в процессе взрыва, а не просто разлетелоось бесполезно.

Как говорят, мощность тепловыделения в веществе Солнца примерно как у кучи прелых листьев. Просто ничто в сравнении с бомбой.

[dw4]

Т. е. причина в низком давлении на поверхности, и т/я реации идут только в самом центре, где давление для этого достаточно?

[sergey zhukov]

dw4
Давление и температура. Посмотрите структуру Солнца. И даже там, в глубине Солнца, ядерные реакции просто "тлеют" в сравнении с реакцией в бомбе.

[Dmitriy40]

Не только давления, но и температуры (т.е. протоны летают с большими скоростями) и наличия в природе квантовой механики - протоны при звёздных температурах, давлениях и плотностях в ядре почти не могут сблизиться настолько чтобы соединиться, температуры и давления мало, надо в десятки раз больше (как в бомбе) и за то что они всё же иногда таки сближаются сильнее чем должны и могут - отвечает квантовое туннелирование (эффект квантовой механики). Но вероятность этого очень мала (происходит редко) и потому звёзды не взрываются как бомбы и не прогорают за сотни лет. Но так как протонов в ядре звезды очень много, то даже такой маловероятный процесс выделяет достаточно энергии для нагрева газа звезды и остановки её сжатия.
Без квантовой механики звёзды сжались бы сильнее, в центре нагрелись сильнее, термоядерные реакции пошли бы быстрее (примерно как в бомбе) и звёзды прожили бы считанные сотни/тысячи лет, а самые большие просто взорвались бы.
Именно из-за сильной зависимости скорости термоядерных реакций от давления и температуры чем больше звезда, тем выше давление и температура в центре, тем быстрее идут термоядерные реакции и тем меньше она живёт. От 10 миллиардов лет для Солнца, до миллионов лет для сверхгигантов и до десятков триллионов лет для красных карликов.
Разумеется термоядерные реакции идут практически только в центре звезды, где высокие давление и температура, там реакций происходит относительно много и часто. "Практически" - отдельные случаи могут быть и в других местах, но это буквально единичные случаи и на поведении звезды они не сказываются.

[dw4]

Понятно, спасибо!

[sergey zhukov]

Где-то я уже про это говорил, но тут можно и повторить. В одной из лекций Попов сказал, что когда мы засекли солнечные нейтрино, то получили экспериментальное подтверждение: на Солнце прямо сейчас все еще идут термоядерные реакции, и оно работает так, как мы и думали. Я тогда подумал: Ого! Так значит, по внешнему виду Солнца и не отличишь, "живое" оно или там уже все давно выгорело. Т.е. не исключен был вариант, что оно светит, как сейчас, а термоядерные реакции там не происходят (или происходят как-то иначе, чем мы представляли).

[DimaM]

Еще надо добавить, что в Солнце идет очень медленная реакция $H+H$, а в бомбе - гораздо более быстрая $D+T$.

[dw4]

Пусть черная дыра попала в облако водорода. Газ при падении на ЧД на некотором расстоянии от нее достигнет условий начала ТЯ-реакций. Такое наблюдается? Или ТЯ-реакций реакции начинаются уже за горизонтом событий, соответственно наблюдение невозможно?

[Dmitriy40]

dw4 в сообщении #1646239 писал(а):

Газ при падении на ЧД на некотором расстоянии от нее достигнет условий начала ТЯ-реакций.

Не уверен: температуры вероятно достаточно, а вот давления нет, соответственно реакции будут идти очень медленно и потеряются на общем фоне теплового излучения. А нейтрино ловить так точно и такие слабые потоки пока не умеем.
Почитайте про Эддингтоновский предел светимости (и соответственно темпа аккреции) чтобы оценить порядок температур и давлений в газе.

[Anton_Peplov]

Время ожидания первой реакции pp-цикла очень велико. По-моему, за это время вещество успевает свалиться из горячих областей аккреционного диска под горизонт событий, а на его место затекает свежее вещество. Это всё равно что стоять у мельничного жернова и ждать, когда прорастет зерно. С другой стороны, все протоны одинаковы... Хм.

Но даже если бы термоядерные реакции были, мы бы вряд ли заметили их вклад.
В квазарах внутренние области аккреционного диска разогреваются до сотен миллионов кельвинов и высвечивают порядка 10% энергии покоя, что на порядок больше, чем в звёздных термоядерных реакциях.

[sergey zhukov]

dw4
Да не сказать ,чтобы мы наблюдали много аккреционных дисков у ЧД. Теоретически термоядерные реакции там протекать должны, препятствий для этого нет. Но не особо интенсивно.
Тут еще интересно заметить, что термоядерная реакция даже не требует какой-то запредельной температуры. Простейший ускоритель частиц, который можно собрать из консервной банки, уже обеспечивает слияние протонов (фузор Франсуорта-Хирша). Проблема таких устройств в том, что они потребляют больше энергии, чем дают.

[DimaM]

Когда газ падает на нейтронную звезду, при накоплении достаточного слоя происходят термоядерные вспышки, наблюдаемые в рентгене. См. рентгеновские барстеры.

[Dmitriy40]

Только вспышка происходит не в падающем газе, а в накопившемся на поверхности, как и в случае новой. А у черной дыры нет поверхности и газ не накапливается, потому для них такие вспышки невозможны.

[DimaM]

Dmitriy40
Разумеется.
Про термоядерные реакции в аккреционных дисках я ни разу не встречал. Возможно, там недостаточная плотность.