Az atomfizika és a csillagfejlődés kapcsolata

1204

A csillagok, köztük a mi Napunk is, önszabályzó termonukleáris erőművekként magjukban fúziós reakciókkal energiát termelő objektumok. Napunk belsejében a hőmérséklet mintegy 14 millió fok, és a saját súlya alatt összenyomott plazma belsejében hidrogénmagok hélium atommagokká egyesülve termelik a kisugárzott energiát. A csillagok többsége élete legnagyobb részében a magbéli hidrogént alakítja át héliummá; a Nap esetében már majdnem 5 milliárd éve zajlanak a reakciók.

A csillagok fejlődését az okozza, hogy végesek az adott energiatermelő reakciók alapanyag-forrásai. A jelenlegi ütem mellett pl. a Nap újabb öt milliárd év múlva kimeríti a hidrogént a magjából. Egy 10-20 naptömegű csillag esetében ez már alig pár millió-tízmillió év alatt lezajlik. Itt válik a történet érdekessé, aminek a részletei azonban sokkal bővebb kifejtést igényelnének. A lényeg nagyon leegyszerűsítve az, hogy a kezdeti tömegtől függően különböző újabb reakciók indulhatnak be először a csillagok magját övező héjakban, majd a magokban. A hélium-szén-oxigén-nitrogén stb. atommagokat felhasználó fúziós reakciók fajlagosan egyre nagyobb hőmérsékleteket igényelnek, egyre jobban átalakítva a csillagok szerkezetét és egyre rövidebb ideig pótolva a csillag egyensúlyát fenntartó energiaforrást. A legnagyobb tömegű csillagokban a fejlődés végén állnak a vasmagok,
amelyek szilíciumból keletkeznek, és amelyek fúziója már nem termeli, hanem fogyasztja az energiát. A szilícium kimerülésével véget ér a fejlődés, a csillag magja összeomlik, majd az egész objektum szétrobban II-es típusú szupernóvaként. Közben a felszabaduló energia segít letermelni a vasnál nehezebb atommagokat (így pl. aranytárgyaink alapanyaga egykor szupernóvák belsejében keletkezett).

Hogyan kapcsolódik ez az atomfizikához? Legközvetlenebbül úgy, hogy a fúziós reakciók hatékonyságát atommagfizikai számításokból és laboratóriumi kísérletekből ismerjük. Azaz amikor kiszámítjuk egy csillag elméleti fejlődését, akkor az atomfizikusok által szállított elméleti és gyakorlati eredményeket építjük be az asztrofizikai modellekbe. Ennek megfelelően amikor pl. megbecsüljük, hogy egy adott fejlődési állapot meddig tart egy csillag életében (ami azzal analóg, hogy egy adott pillanatban hány olyan csillagot láthatunk a Tejútrendszerben vagy egy tetszőleges csillagrendszerben), akkor a kapott eredmények a megfigyeléseken keresztül a magfizikai ismereteinket is igazolják.

Szintén szorosan kapcsolódik az atomfizikához a csillagok magjában letermelt energia kijutása a csillag anyagán keresztül. A nukleáris reakciókban keletkező fotonok átlagosan kb. százezer év alatt jutnak el a Nap magjától a felszínig, miközben folyamatosan kölcsönhatnak a kifelé egyre csökkenő hőmérsékletű plazmával. Ezen kölcsönhatás mértéke és tulajdonságai mind atomfizikai törvényekből számíthatók. És mivel a csillagok fejlődését az energiaterjedés és a belőle származó anyag-elkeveredés is befolyásolja, a kapcsolat az atomfizikával teljesen közvetlen.

A példákat még tucatszám lehetne sorolni, de remélhetőleg ennyi is rávilágított a lényegre. A csillagok energiatermeléséről, az atomfizikai konstansok szerepéről, és mindezek kapcsolatáról sok érdekességet tudhatunk meg többek között Dávid Gyula vonatkozó előadásaiból.

Hozzászólás

hozzászólás