Protoster, kernfusie

[AznToushiro]

Hallo,

Ik zit dit jaar in het eindexamenklas VWO en ik houd (met 2 mede-scholieren) mijn Profielwerkstuk over sterrenevolutie.

Op dit moment houd ik mij bezig met Protosterren en de werking ervan.

Zo ben ik erachter gekomen, dat er nog geen kernfusie plaatsvindt, wanneer deze Protoster net is gevormd. Volgens wikipedia, vindt er in de Protoster pas kernfusie plaats, als de massa voldoende is toegenomen. Door de massastijging, stijgt ook de druk en dit leidt weer tot een temperatuurstijging -> kernfusie. Daarnaast staat ook dat dit proces te verklaren is met behulp van de Algemene gaswet: P*V = n*R*T.

Mijn vraag is nu waarom de druk toeneemt, en niet het volume? Uiteraard moet één van beide toenemen om de verhoging bij n, op te heffen. Speelt de zwaartekracht hierbij misschien een belangrijke rol?

Dit leidt weer tot een andere vraag bij mij, namelijk: Waarom stijgt de Temperatuur ook mee? Wanneer P of V, stijgt, hoeft de temperatuur niet meer te stijgen, want de formule is al in evenwicht toch? Uiteraard moet de temperatuur ook stijgen, om ervoor te zorgen dat er kernfusie gaat plaatsvinden. Speelt hierbij misschien kinetische energie een rol?

Alvast bedankt

Azn~

[Michel Uphoff]

Vreemde opmerking. De ideale gaswet geeft alleen bij lage dichtheden een goed bruikbare benadering. Van lage dichtheden is in een protoster al snel geen sprake. Juist de zwaartekracht speelt in de vorming van een protoster een grote rol, en daar houdt deze wet geen rekening mee.

Uiteindelijk is het een kwestie van het bereiken van hydrostatisch evenwicht; de inwaarts werkende zwaartekracht en uitwaarts werkende gasdruk werken elkaar tegen.

In het begin hebben we te maken met een koele moleculaire wolk (hier zal de ideale gaswet op van toepassing zijn), die onder zijn eigen zwaartekracht samentrekt. Er is doordat eventuele energie in de vorm van infrarode straling de wolk makkelijk kan verlaten bijna geen toename van temperatuur (isothermische fase).

Maar naarmate de dichtheid in het centrum oploopt, en de wolk ondoorzichtiger wordt, kan de stralingsenergie de wolk niet meer uit, de fotondruk loopt op en de druk en temperatuur lopen in het centrum verder op (en de ideale gaswet geldt hier steeds minder).

Naarmate de protoster meer materie verzamelt (waarbij de invallende materie kinetische energie aan de protoster toevoegt, we hebben het dus over gravitationele energie die omgezet wordt), ontstaat zo een steeds dichtere en hetere gasbol, die in volume afneemt en waarin de druk verder oploopt.

Op het moment dat er voldoende materie is om de kerndruk en temperatuur tot fusiehoogte op te laten lopen, en de ster geboren wordt, onstaat er uiteindelijk een evenwicht tussen stralingsdruk en zwaartekracht.

[Typhoner]

Vreemde opmerking. De ideale gaswet geeft alleen bij lage dichtheden een goed bruikbare benadering.

Neen, de wet geldt voor relatief lange vrije weglengten t.o.v. atoomstralen. In gewone sterren werkt ze in ieder geval prima (gezien atomen alleen nog uit een kern bestaan), maar natuurlijk alleen maar lokaal. Ik weet nu niet onmiddellijk in welke mate protosterren hier verschillen.

[AznToushiro]

Hartelijk dank voor het meedenken!

[Michel Uphoff]

In gewone sterren werkt ze in ieder geval prima.

Ik was dus veel te stellig, maar blijf nog wel even tegensputteren:

In de atmosfeer van een ster, en mogelijk ook dicht bij het oppervlak zal de ideale gaswet dan wel redelijke resultaten geven, maar dichter bij de kern waar de fotondruk zeer groot is, wordt het m.i. toch een ander verhaal?

En, zoals je terecht opmerkt: gewone sterren. Bij neutronensterren en witte dwergen met hun enorme dichtheid werkt die wet zeker niet, maar op dat soort sterren doelde TS ook niet.

[die hanze]

De ideale gaswet is in heel de ster bijna heel haar leven geldig zoals al werd gezegt.

Uiteraard zal in sommige delen voor heldere sterren de foton druk een belangrijke rol spelen maar de ideale gaswet is nog steeds geldig, je telt gewoon de druk van de fotonen en het gas op om de totale druk te weten.

Kleine opmerking, wanneer de gasbol in hydrostatisch evenwicht is wordt exact de helft van de gravitationele energie omgezet in interne energie (warmte) en de andere helft wordt uitgestraald. Dit wordt het viriaal theorema genoemd, dit kom je om de 5 botte tegen in sterevolutie. Super handig