Κύκλος CNO
From Wikipedia, the free encyclopedia
Ο κύκλος CNO ( άνθρακα - αζώτου - οξυγόνου · μερικές φορές ονομάζεται κύκλος Bethe - Weizsäcker από τους Μπετε και Βάιτσεκερ ) είναι ένας από τα δύο γνωστούς δρόμους αντιδράσεων σύντηξης με τα οποία τα αστέρια μετατρέπουν το υδρογόνο σε ήλιο, το άλλο είναι η αλυσιδωτή αντίδραση πρωτονίων - πρωτονίων ( κύκλος pp), ο οποίος είναι πιο αποτελεσματικός στη θερμοκρασία που υπάρχει στο κέντρο του Ήλιου . Ο κύκλος CNO πιστεύουμε ότι κυριαρχεί σε αστέρια που υπερβαίνουν κατά 1,3 φορές τη μάζα του Ήλιου . [1]
Σε αντίθεση με την αντίδραση πρωτονίου-πρωτονίου, η οποία καταναλώνει όλα τα συστατικά της, ο κύκλος CNO είναι καταλυτικός κύκλος . Στον κύκλο CNO, τέσσερα πρωτόνια συντήκονται, χρησιμοποιώντας ως καταλύτες ισότομα του άνθρακα, αζώτου και οξυγόνου, καθένας από τους οποίους καταναλώνεται σε ένα βήμα του κύκλου CNO, αλλά επαναδημιουργείται σε μεταγενέστερο στάδιο. Το τελικό προϊόν είναι ένα σωματίδιο άλφα (δηλαδή ένας σταθερός πυρήνας ηλίου ), δύο ποζιτρόνια και δύο νετρίνα ηλεκτρονίων .
Υπάρχουν διάφοροι εναλλακτικοί δρόμοι και καταλύτες που εμπλέκονται στους κύκλους CNO, όλοι αυτοί οι κύκλοι έχουν το ίδιο καθαρό αποτέλεσμα:
- 4 11H + 2 e- →
- → 42He + 2 e+ + 2 e- + 2 ve + 3γ + 24.7MeV
- → 42He + 2 ve + 7γ + 26.7MeV
Τα ποζιτρόνια εξαϋλώνονται σχεδόν αμέσως μια που αντιδρούν με ηλεκτρόνια, απελευθερώνοντας ενέργεια με τη μορφή ακτίνων γάμμα . Τα νετρίνα διαφεύγουν από το αστέρι μεταφέροντας μαζί τους μέρος από την ενέργεια. [2] Ένας πυρήνας μετατρέπεται σε ισότοπα άνθρακα, αζώτου και οξυγόνου μέσω ενός αριθμού μετασχηματισμών σε έναν συνεχιζόμενο βρόχο.
Η αλυσίδα πρωτονίου-πρωτονίου είναι πιο σημαντική στα αστέρια με μάζα ίση ή μικρότερη του Ήλιου. Αυτή η διαφορά οφείλεται σε διαφορές εξάρτησης από τη θερμοκρασία μεταξύ των δύο αντιδράσεων. Η αντίδραση αλυσίδας pp εξαρτάται από τη θερμοκρασία εις την τέταρτη δύναμη (εpp~T4) και ξεκινά σε θερμοκρασίες περίπου 4x106 K [3] (4 megakelvin), καθιστώντας την κυρίαρχη πηγή ενέργειας σε αστέρια μικρότερης μάζας. Μια αυτοσυντηρούμενη αλυσίδα CNO ξεκινά από θερμοκρασία περίπου 15x106 K, αλλά η ενεργειακή της παραγωγή αυξάνεται πολύ πιο γρήγορα με αυξανόμενες θερμοκρασίες (εCNO~T19.9)[1] έτσι ώστε να γίνει η κυρίαρχη πηγή ενέργειας περίπου 17x106 K . [4]
Ο ήλιος έχει θερμοκρασία στο κέντρο του περίπου 15.7x106 K, και μόνο 1.7% από τους πυρήνες ηλίου-4 (42Ηe) που παράγονται στον Ήλιο δημιουργούνται από τον κύκλο CNO.
Η διαδικασία CNO-I προτάθηκε ανεξάρτητα από τον Carl von Weizsäcker [5] [6] και Hans Bethe [7] [8] στα τέλη της δεκαετίας του 1930.
Οι πρώτες αναφορές για την πειραματική ανίχνευση των νετρίνων που παράγονται από τον κύκλο CNO στον Ήλιο δημοσιεύθηκαν το 2020. Αυτή ήταν επίσης η πρώτη πειραματική επιβεβαίωση ότι ο Ήλιος είχε κύκλο CNO, ότι το προτεινόμενο μέγεθος του κύκλου ήταν ακριβές και ότι οι υπολογισμοί των von Weizsäcker και Bethe ήταν σωστοί. [9] [10]