Astrofisica Stellare

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====== A4.4. Il ciclo CNO veloce ======

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I meccanismi di combustione dell'idrogeno tramite la catena pp o
il ciclo CNO sono in genere valutati sotto l'implicita assunzione
che la materia stellare sia a temperature tipiche delle //fasi
quiescenti// di combustione, e quindi al più a poche decine di
milioni di gradi. Sono queste infatti le temperature che
consentono di norma di estrarre dalla fusione dell'idrogeno
l'energia necessaria per sostenere una struttura stellare. E' da
presumere però che in peculiari condizioni evolutive materia
ancora ricca di idrogeno possa raggiungere temperature anche molto
più alte. Tale è il caso, ad esempio, di stelle supermassicce
o prive di metalli o ancora, con riguardo a fasi non quiescenti,
di materia coinvolta nell'esplosione di una nova o di una
[[wp.it>supernova]] (//nucleosintesi esplosiva//)
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{{:c04:figura04_14.jpg?700}}
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** Fig. 4.14 ** Mappa degli elementi coinvolti nella
combustione CNO veloce. Le linee a tratti indicano i decadimenti
$\beta$.
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Ad alte temperature ($T\ge 10^8 K$) il quadro di reazioni di
combustione dell'idrogeno può risultare anche drasticamente
modificato da due distinti ordini di accadimenti;
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  - Nella normale trattazione delle reazioni pp o CNO si è assunto che ove vengano prodotti nuclei $\beta$ instabili, questi abbiano il tempo di decadere spontaneamente prima di catturare un altro protone. Ciò può non essere più vero ad alte temperature,quando la velocità delle reazioni di cattura è grandemente accresciuta.
  - Alle alte temperature considerate è contemporaneamente presente la cattura $\alpha$ che può entrare in concorrenza con reazioni di cattura protonica.
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Le modifiche attese nella catena pp risultano marginali. Più
rilevanti le modifiche attese nel ciclo CNO, dove la cattura
$^{13}$N(p,$\gamma$)$^{14}$O  può diventare concorrenziale al
decadimento $^{13}$N(e$^+ \nu$)$^{13}$C, e dove reazioni quali
$^{14}$O($\alpha$,p)$^{17}$F(p,$\gamma$)$^{18}$Ne o
$^{15}$N($\alpha, \gamma$)$^{19}$F a T$\ge$ 5 10$^8$ K giocano un
ruolo determinante.
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{{:c04:figura04_15.jpg?500}}
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** Fig. 4.15 ** Diagrammi di flusso per le reazioni del
ciclo CNO veloce a varie temperature in miliardi di gradi
(T<sup>9</sup>).
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Il calcolo dettagliato dell'efficienza dei vari processi
concorrenti può essere eseguito sulla base della conoscenza
delle relative sezioni d'urto. La **figura 4.14** riporta
uno schema delle varie reazioni in grado di contribuire alla
combustione veloce, mentre la **figura 4.15** mostra i
canali efficienti alle tre diverse temperature 10<sup>8</sup>, 5 10<sup>8</sup> e
10<sup>9</sup> K.

A 10<sup>8</sup> K è ancora essenzialmente operante un ciclo CNO
attraverso la serie di reazioni
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$$ ^{12}C(p,\gamma)^{13}N(p,\gamma)^{14}O(e^+ \nu)^{14}N(p,\gamma)^{15}O (e^+ \nu)^{15}N(p,\alpha)^{12}C $$
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mentre $^{20}$Ne viene trasformato in $^{22}$Ne. A 5 10<sup>8</sup> K il
ciclo CNO si espande  mentre  diviene operante anche il ciclo
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$$ ^{20}Ne(p,\gamma)^{21}Na(e^+ \nu)^{21}Ne(p,\gamma)^{22}Na(p,\gamma)^{23}Mg (e^+ \nu)^{23}N(p,\alpha)^{20}Ne $$
\\
\\
A 10<sup>9</sup> K le reazioni sono infine dominate da catture $\alpha$
che operano sugli elementi leggeri sino a trasformarli in
Mg$^{24}$.
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</WRAP>
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~~DISQUS~~