O que faz com que as dimensões de uma estrela aumentem quando o combustível de hidrogênio está esgotado?

O que faz com que as dimensões de uma estrela aumentem quando o combustível de hidrogênio está esgotado? Por exemplo, o Sol deve aumentar seu raio 250 vezes. O que causa isso se a temperatura cair? Como o gás pode se expandir se a temperatura cair?

star astrophysics

— Anixx
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O Sol nunca ficará sem hidrogênio. Este é um equívoco comum.

Neste momento, o Sol está fundindo hidrogênio em hélio. Esse hélio fundido permanece no núcleo até atingir uma massa crítica . Nesse ponto, o núcleo começará a entrar em colapso. Esse colapso aumenta a temperatura e a pressão ao redor do núcleo onde o hidrogênio está sendo fundido, causando o aumento da fusão do hidrogênio, que também causa um aumento da pressão de radiação, fazendo com que as camadas externas se expandam e esfriem.

Quando o núcleo atinge uma temperatura de cerca de 100 milhões, a fusão do hélio Kelvin começa dramaticamente (Helium Flash) com alta pressão de radiação no núcleo. Aqui é onde o Sol alcançará 250 vezes o raio atual.

Quando a fusão do Hélio estabiliza, a pressão de radiação nos núcleos diminui, fazendo o raio do Sol encolher.

A temperatura cairá apenas na superfície porque, à medida que se expande, fica mais longe do núcleo.

— Joan.bdm
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De acordo com The Disappearing Spoon, pelo menos na minha opinião, um aumento na temperatura resulta em uma diminuição na taxa de fusão - um fato que estabelece a temperatura de equilíbrio para uma estrela de determinada composição. Se o hélio for capaz de suportar a fusão em temperaturas mais altas que o hidrogênio, que é submetido a pressão semelhante, isso sugere uma temperatura de equilíbrio mais alta.

— Supercat

A temperatura não é tudo o que importa na fusão. Existem altos aumentos de pressão no núcleo.

— Joan.bdm

A densidade é uma função da pressão e da temperatura. À medida que as temperaturas aumentam, a densidade diminui. Além disso, pelo meu entendimento, para que os átomos se fundam, a diferença em seus vetores de velocidade deve estar em um determinado intervalo. Se forem muito pequenos, os núcleos serão separados por suas cargas elétricas. Se for muito grande, a energia cinética restante após a colisão os separará. Semelhante à razão pela qual os reatores nucleares precisam de algo para moderar a velocidade dos nêutrons voando por aí.

— supercat

@ supercat Não exatamente. Na matéria degenerada, a pressão é quase completamente independente da temperatura. Isso é o que acontece criticamente em vários estágios da evolução de várias estrelas (como um flash de hélio): o núcleo se degenera antes de começar a se fundir, de modo que a temperatura pode aumentar ou diminuir drasticamente, com pouca ou nenhuma mudança de pressão, resultando em uma fusão extremamente rápida de quase todo o núcleo quando as temperaturas atingem um determinado ponto.

— zibadawa timmy