Co to jest spalanie węgla?
Proces spalania węgla jest reakcją jądrową zachodzącą w rdzeniu masywnych gwiazd w warunkach ogromnej temperatury i ciśnienia. Spalanie węgla inicjuje się dopiero pod koniec życia gwiazdy. Aby gwiazda mogła ostatecznie wytworzyć wystarczające ciśnienie w swoim rdzeniu, aby zainicjować spalanie węgla, musi ona zawierać co najmniej cztery masy słoneczne w chwili narodzin. Spalanie węgla zaczyna się dopiero po spaleniu dużej części wodoru i helu gwiazdy.
Najliczniejszym pierwiastkiem we wszechświecie jest wodór. Tak więc większość gwiazd zaczyna swoje życie zbudowane głównie z wodoru. Gdy fuzja jądrowa zapala się w jądrze młodej gwiazdy, wodór zaczyna powoli wypalać się, a jej jądra atomowe stapiają się w hel poprzez łańcuch pp - w gwiazdach o masie Słońca lub mniejszej - lub w cyklu CNO - w masywniejszych gwiazdach . Jest to reakcja jądrowa, która generuje ciepło i światło słoneczne, które widzimy, gdy wychodzimy na zewnątrz każdego dnia.
W zależności od wielkości gwiazdy pali paliwo jądrowe w różnym tempie. Bardziej masywne gwiazdy mają gęstsze i cieplejsze centra i szybciej spalają paliwo. Niektóre z największych gwiazd zubożają większość paliwa wodorowego w ciągu zaledwie kilku milionów milionów lat, podczas gdy Słońce planuje kontynuować stapianie wodoru przez 4,5 miliarda lat, a najlżejsze gwiazdy będą stapiały wodór przez tryliony lat. W miarę narastania „popiołu” helu ostatecznie osiąga gęstość krytyczną, powodując zapłon helu. Produktami ubocznymi spalania helu są węgiel i tlen.
Gdy węgiel i tlen gromadzą się w jądrze gwiazdy w ciągu milionów lat spalania helu, ostatecznie duży procent helu wyczerpuje się, a rdzeń gwiazdy ochładza się, nie mogąc wytworzyć więcej energii jądrowej. To ochłodzenie powoduje kurczenie się rdzenia, co dodatkowo zwiększa gęstość i ciśnienie. W gwiazdach powyżej około czterech mas Słońca osiąga się niezbędną temperaturę i gęstość do spalania węgla. Ogrzewa to jądro gwiazdy i rozszerza się w czerwony nadolbrzym.
Spalanie węgla jest jednym z głównych powodów, dla których istnieją pierwiastki cięższe niż węgiel we wszechświecie. Główna reakcja składa się z kilku składników. W jednym, dwa jądra węgla łączą się, tworząc atom neonu i atom helu. W końcu rozkładają się one na sód i wodór, a następnie magnez i wolny neutron. Z powodu wszystkich procesów jądrowych zachodzących jednocześnie w rdzeniu gwiazdy, wytwarzane są duże ilości neonu, tlenu i magnezu. Cały proces spalania węgla zajmuje tylko około 1000 lat.
Jeśli gwiazda ma od czterech do ośmiu mas Słońca, wyrzuci ona swoją zewnętrzną warstwę, gdy węgiel wypala się, tworząc mgławice planetarne i pozostawiając jądro białego karła. Jeśli ma więcej niż osiem mas słonecznych, w końcu zainicjuje palenie neonów, kolejny etap ewolucji masywnych gwiazd.