赤い巨人はどうやってそんなに大きくなるのですか？

おそらく太陽が赤い巨人になるとき、それは地球を飲み込むのに十分大きくなるでしょう。

ただし、これには太陽の半径が約215倍に拡大する必要があります。つまり、その体積は10,000,000倍拡大する必要があります。

多分それは私だけかもしれませんが、これについて何かは直感的に感じられません:-)特に太陽があまり質量を増していないことを考えると。水素より重い元素を溶かすことについてはどうですか？反応物や生成物が10,000,000倍の体積を占めることを意味しますか？恒星の寿命を説明するとき、誰もこれを説明しませんでした、そして私はなぜそれが事実であるべきか理解していません。（実際、核が結合していることを考えると、核融合が体積の減少をもたらすと期待していました...）

編集：

レッドジャイアントには2種類あるようです。水素の融合中に発生するものもあれば、ヘリウムもあります。
これらの2つのタイプの答えが異なる場合は、少なくともヘリウムタイプの答えを知りたいと思います（もちろん、両方に対処し、両方に対処する方がいいと思います）。

私の考えでは、これらの説明はどれも、レッドジャイアントが拡大する実際の理由を実際にはカバーしていません。確かに、この主題は人々がもっともらしい音を作るだけの領域のように見えますが、それはしばしば間違っています（Fraser Cainは、軽い圧力と融合シェルのより大きなボリュームの両方について言及していますが、軽い圧力はまったく役割を果たしていません。シェルのボリュームは、コアとそれほど変わらない。これは、Sunのコアよりもはるかに小さい。だから話をまっすぐにしましょう。

説明の多くには、不活性の縮退したヘリウムコアの上に水素核融合の殻があるという事実など、いくつかの重要な要素が含まれています。しかし、拡大の主な理由は、このシェルがその融合率を自己調整する方法が、現在の太陽のコアがその融合を自己調整している方法とはかなり異なるためです。

現在、太陽のコアは、（光の形の）エネルギーが太陽の質量を通って外に拡散する速度に一致するように、その融合速度を自己調整します。これを行う方法は基本的にすべての主系列星で同じです。それらは中心温度を調整するため、より明るい主系列星の中心温度が少し高くなっています。しかし、これは、赤い巨人の中で融合している殻が融合速度を自己調節する方法ではありません-温度は、その上にある縮退したコアの重力によって手に渡されるため、その温度を調節することはできません。（これは、ビリアル定理を介して温度を設定します。これは、縮退コアがシェルに影響を与える重要な方法です-シェルがその温度を設定します。）シェルはそれ自体の温度を調整しないため、温度はかなり高くなる傾向があります。特にコアが質量を増すにつれて（これが光度が時間とともに上昇する理由です）。核融合は温度に非常に敏感であるため、非常に高い温度で動かなくなると、核融合率が低下します。凶暴な。星の残りの部分はこの壮大な融合率をサポートできないため、何か他のことが起こります。

星が膨らみます。そうすることで、シェルが自身の融合率を調整する方法がわかります。それはシェルから重量を持ち上げます。これにより、シェル内の圧力が低下し、高温を補い、核融合率が他の星が管理できる範囲まで下がります（これは、光がシェルを通して拡散する速度によって設定されます）。ですから、本当の理由があります。スターは、溶融率が異常な状態にならないように、クレイジーな高温のシェルから重量を持ち上げる方法を見つけなければなりませんが、結果として、溶融率はまだかなり高く、コアの質量が増加し、シェルの温度がさらに上昇し、星がさらに膨らむようになります。

ここに良い説明があります。星は気体で作られていることに注意してください（うるさくしたい場合はプラズマです）。そのため、一定の体積はありません。融合が始まると、星は融合によって生成されるエネルギーの量と表面から放射される量とのバランスが取れるサイズに達するまで膨張します。小さすぎると熱くなり、（星のどの部分が膨張しているかに応じて）膨張して、生成されるエネルギーが減少し、放射される量が増加します。これをより詳細に理解するには、星の深さによって温度と密度がどのように変化するかを追跡する必要があります。

赤い巨人では、エネルギーはコアではなく、コアを囲む球形のシェルで生成されています（コアの燃料が多かれ少なかれ不足しているため）。これは実際にはボリュームが大きいため、より多くのエネルギーが生成されます。星は、そのすべてのエネルギーを放出するまで拡大します。

適度な量の数学のみの説明が見つかりました特に132ページあたりです。1つは、ヘリウムのコアがあり、そのすぐ外側で水素核融合が行われていることです。つまり、核融合層の「上」の質量が少ないため、核心で起こっていたときよりも実際に低い圧力で核融合が起こっています。その層ではより高い温度が必要であり、方程式を実行すると、はるかに高い総エネルギー出力が必要になります。放射または対流が星の外層に到達するかどうかに関係なく、そのエネルギーの流れは最初にそれらを加熱し、それらを膨張させます（星の重力は多かれ少なかれ変化していないため、それらを強く引き下げることはできません）。膨張するとき、それらは冷却します。つまり、それらはより多くの放射を閉じ込め（より冷たいガスはより透明ではありません）、そしてより少なく放射し、そして再び加熱されて再び膨張します。これは、バランスポイントが見つかるまで続きます この方法で質量の大部分を吹き飛ばすことができる太陽よりもはるかに大きい星の場合）、そして数値を計算すると、このバランスには非常に大きな星が必要であることがわかります。おそらく、その考えの1つは、太陽よりもはるかに軽い星がゆっくりと消えていくというものです。サブよりもはるかに重い星が爆発します。太陽は2つの間に安定しているため、「ほぼ爆発」しますが、外層が非常に大きくなると停止します。

もう1つの注意点は、赤い巨人の上部の密度はかなり低いということです-私たちの基準では、それはまともな真空であり、赤熱ガスで汚染されています。ただし、星が非常に大きいため、まだ不透明なので、星の一部として数えます。

平衡状態にある星のサイズは、力のバランス、熱プラズマによって生成された圧力、コア内の核反応によって加熱された圧力、重力によってバランスされたものです。

核融合率は温度の影響を強く受けます。温度を少し増やし、あなたが得る多くのより多くのエネルギーが出てきます。コアが水素を使い果たすと、コアは崩壊して加熱し始め、急速に燃焼する水素のシェルに囲まれた不活性な縮退ヘリウムコアを形成します。この新しい平衡状態では、より多くのエネルギーが放出されます。この正のフィードバックは、小さな変化（コアからシェルへの燃焼）のように見えるものが星のエネルギー出力に大きな影響を与えることを意味します。

星が進化すると、毎秒より多くのエネルギーを放出します。アルデバランは、少しだけ大きいにもかかわらず、太陽よりも毎秒500倍多くのエネルギーを生成します。

これにより、星のサイズが大きくなりますが、星が大きくなると、外層は重心から遠くなり、逆二乗則に従って、それらにかかる重力が減少します。重力が小さいと、サイズの成長が増幅されます。したがって、電力が大幅に増加すると、サイズが大幅に増加します。これが、サイズの成長が、高温ガスの膨張についての単純な直感が予測するよりもはるかに大きい理由です。

星の進化の最終段階では、星の重力はその外層を星に結合させておくのに十分ではなく、それが惑星状星雲になるため、星のサイズは無限に大きくなります。

それについて考える直観的な方法は、本質的には互いに増幅し合う複数の変更があることを理解することです。天文学における増幅はそれほど珍しいことではありません。重力が巨大なオブジェクトを非常に小さくできる理由を説明します。巨大なオブジェクトが小さくなると、オブジェクトの重力と重量が指数関数的に増加するためです。ある意味では、レッドジャイアントでは逆のことが起こります。表面の重力は十分に低くなり、星のようなものが暴走する膨張に入ります。

人生の後半に星が拡大したことは指数関数的です。だからこそ、それは非常に拡大することができます。

太陽のサイズが2倍になるはずだったが、その質量は変わらないままでした。この仮説では、新しい太陽の表面重力は4で除算されます。その脱出速度は2の平方根で除算されるため、外層の重みははるかに小さくなりますが、それでも脱出速度は星に結合します。すべてが等しい場合、太陽を拡大すると太陽が冷えるはずですが、熱速度に二乗平均平方根ルールを使用すると、温度が2で除算される場合、水素分子とヘリウム分子の速度は2の平方根で除算されます。

この理論では、表面の水素原子の動きはわずかに遅くなりますが、重力の1/4でより自由になり、熱速度に基づいて星から遠ざかることができます。

太陽を拡大し続けると、外側の水素が信じられないほど緩く結合するようになります。赤いジャイアントサイズ、たとえば半径1 AUまたは現在の太陽半径215の場合、重力は約46,000倍低く、表面の水素は0.006 m / s ^ 2の重力加速度のみを経験しますが、同じ巨大な水素分子は温度（約3,000度K）、約5.5 km / sで移動しています。彼らは、現在の太陽の表面で約100 km（8 km / sをわずかに下回る）と比較して、熱エネルギーだけで100万km以上表面から離れて飛ぶことができます。

どちらの場合も、水素とヘリウムの外層は平衡状態にあります。重力と赤巨星のサイズが非常に小さいため、赤巨星との平衡は、非常に緩やかに結合された非常に分散した高温ガスです。しかし、それは理由の一部にすぎません。

太陽が年をとるにつれて、他に何が起こるか考えてください。

ソース。

融合が発生するコアは、中央の比較的小さな領域です。コアの周りに巻かれているのは、放射ゾーンと伝導ゾーンです。熱が太陽の中に閉じ込められるのを防ぐのに役立ちます。その結果、時間の経過とともに太陽の内部が熱くなり、太陽が熱くなるにつれてコアが大きくなり、放射ゾーンをますます囲みます。

放射ゾーンを太陽の内側に熱を閉じ込める一種の毛布と考えると、コアが大きく、より大きくなるにつれて、放射ゾーンは両方とも引き伸ばされ、コアに質量が失われるため、2つの方法で薄くなります。コアのサイズが2倍になると、コアからの光子は、分子の1/4を移動する必要があります。太陽が十分に古くなり、核融合のほとんどがコアの外縁で発生するため、熱を閉じ込めるためのブランケットは大幅に少なくなります。より多くのエネルギーが生成されるのではなく、そのエネルギーが太陽の外側の領域へのより簡単なパス。したがって、増幅効果があります。太陽が大きくなると、表面の重力が半径の2乗分減少し、内部の熱が通過して外側の層に到達する材料が少なくなります。

内部のコア崩壊も役割を果たすことができます。内側のコアが水素を使い果たして溶けて崩壊し始めたとしても、崩壊する行為によってかなりの熱が発生します。

はっきりしていませんが、それは直感的に何が起こるかを説明する私の試みです。