Was ist der Triple-Alpha-Prozess?
Der Triple-Alpha-Prozess ist das Mittel, mit dem Sterne Heliumkerne in Kohlenstoff- und Sauerstoffkerne verwandeln, wenn sie ihren Wasserstoffbrennstoff verbraucht haben. Die Initiierung des Triple-Alpha-Prozesses erfordert anhaltende Temperaturen von über 100.000.000 K und eine ausreichende Dichte an Helium. Dies geschieht, wenn ein Stern anfängt, durch Verbrennung von Wasserstoff erhebliche Mengen an Helium- "Asche" in seinem Kern aufzubauen. Das Helium kann nirgendwo hingehen und produziert keine eigene Energie, also aggregiert es im Kern und zieht sich zusammen. Die Kontraktion erhöht die Hitze und den Druck enorm. Bei 100 Megakelvin wird der Triple-Alpha-Prozess, auch bekannt als Heliumverbrennung, eingeleitet.
Der Dreifach-Alpha-Prozess hat seinen Namen, weil der Prozess die Fusion von drei Alpha-Partikeln ist. Ein Alphateilchen besteht aus zwei Protonen und zwei Neutronen, die miteinander verbunden sind. Dies entspricht einem Heliumkern. Unter dem kolossalen Druck am Sternenkern können zwei Heliumkerne dazu gebracht werden, sich zu einem Berylliumkern zu verbinden, wobei ein Gammastrahl freigesetzt wird. Der Berylliumkern ist instabil. Innerhalb von 2,6 × 10 -16 Sekunden kollabiert er wieder zu Heliumkernen. Wenn jedoch ständig genug Berylliumkerne gebildet werden, wird sich irgendwann einer mit einem anderen energetischen Heliumkern verbinden und Kohlenstoff bilden, einen Kern mit insgesamt sechs Protonen und sechs Neutronen.
Der Tripel-Alpha-Prozess tritt bei allen Sternen mit geringer bis mittlerer Masse (0,6-10 Sonnenmassen) spät in ihrem Leben auf. Nach der Phase des Roten Riesen, in der traditioneller Wasserstoff in einer komprimierten Hülle um einen Heliumkern verbrannt wird, kollabiert der Kern und beginnt, Helium zu verbrennen, wodurch der Stern in den asymptotischen Riesenast des Hertzsprung-Russell-Diagramms geschleudert wird, in dem die Helligkeit des Sterns mit der des Spektraltyps verglichen wird .
Die Geschwindigkeit der Dreifach-Alpha-Reaktion ist stark von der Kerntemperatur abhängig - die Reaktionsgeschwindigkeit ist das Produkt aus der Temperatur zur 30. Potenz und dem Quadrat der Dichte. Bei kleinen Sternen wird der Heliumkern so dicht, dass er zu einer Form entarteter Materie wird, bei der Temperaturerhöhungen nicht mit Volumenerhöhungen korrespondieren. Dies kann zu einer außer Kontrolle geratenen Dreifach-Alpha-Reaktion führen, die als Heliumblitz bezeichnet wird und bei der 60-80% des Heliums im Kern innerhalb von Minuten verbrannt werden. Bei größeren Sternen beginnt Helium auf einer Hülle außerhalb eines Kohlenstoffkerns zu verschmelzen, wodurch verhindert wird, dass es den Zustand entarteter Materie erreicht. In diesen größeren Sternen kommt es schließlich zu Kohlenstoffverbrennungen.