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c07:a01_breathing_pulses

A7.1 Breathing Pulses

L'origine dei pulsi di convezione noti come Breathing Pulses è da ricercarsi nel medesimo meccanismo di opacità che aveva in precedenza dato luogo al trascinamento del nucleo convettivo ed allo sviluppo della semiconvezione. Meccanismo che nelle fasi finali di combustione centrale di elio viene ulteriormente sollecitato dalle particolari caratteristiche della combustione. E' infatti da notare come al tendere a zero dell' abbondanza di elio nella zona di combustione, diventi sempre menò probabile la reazione 3$\alpha$ (che dipende dal cubo dell'abbondanza centrale di elio Yc) a fronte della concorrente reazione $^4$He ($^{12}$C, $\gamma$)$^{16}$0. In pratica, i nuclei di elio fondono preferenzialmente con il carbonio in cui sono ormai immersi prima di riuscire a trovare altri due nuclei di elio disponibili per la reazione 3$\alpha$. La trasformazione di $^{12}$C in $^{16}$0 innalza ulteriormente l'opacità della materia, così che il bordo del nucleo convettivo è stimolato con continuità ad allontanarsi dalla neutralità ($\nabla_{rad}$ = $\nabla_{ad}$) e, conseguentemente, a richiamare al suo interno materiale ancora ricco di He.

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Fig. 7.22 Andamento delle variabili chimiche e fisiche in una struttura di Ramo Orizzontale durante la fase di semiconvezione quiescente. Parametri evolutivi: massa totale della stella M=0.65 M$_{\odot}$, massa iniziale del nucleo di He M$_c$= 0.5 M$_{\odot}$, Y inviluppo = 0.20, Z= 10-3. Luminosità e composizioni chimiche sono normalizzate ai loro valori massimi.

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Fig. 7.23 Andamento di alcune variabili strutturali nella stella di cui alla figura precedente durante (pannello superiore) e subito dopo (pannello inferiore) un pulso di convezione. Si noti durante il pulso il riassorbimento della luminosità segnalante l'espansione del nucleo centrale.

Al diminuire di Yc la situazione diviene progressivamente sempre più critica perchè anche il poco elio trasportato attraverso tale meccanismo nel nucleo ormai depauperato di combustibile comincia ad influenzare sensibilmente la generazione di energia, tendendo ad aumentare il flusso e quindi il gradiente radiativo, contrastando l'effetto di stabilizzazione collegato all'opacità. Si trova che per Y$_c \le $ 0.05 l'effetto di flusso finisce col prevalere e l'immissione di elio “fresco” finisce inevitabilmente col produrre un innalzamento generale del gradiente e quindi, con processo reazionato positivamente, un progressivo estendersi della convezione a richiamare nel nucleo sempre più elio. Il processo si blocca solo quando, a causa del sensibile incremento dell'energia proveniente dal centro della struttura, gli strati circostanti iniziano una rapida espansione, riassorbendo l'energia stessa e stabilizzando così la zona.

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Fig. 7.24 Traiettoria nel diagramma HR della struttura di cui alle due precedenti figure durante la fase di combustione quiescente diell'elio e attraverso i primi due pulsi sino all'innesco del terzo pulso. I numeri segnalano l'inizio dei pulsi e le porzioni di traccia a punti riportano le rapide evoluzioni durante i flash.

La Fig. 7.22 riporta i dettagli di una struttura di ramo orizzontale durante la fase semiconvettiva quiescente, mentre la Fig. 7.23 mostra la stessa struttura durante un pulso convettivo. Calcoli dettagliati suggeriscono che prima di giungere all'esaurimento dell'elio le strutture subiscano in media tre maggiori pulsi, che si sviluppano con tempi scala termodinamici. L'effetto di tali pulsi è di “ringiovanire” la struttura, riaumentando improvvisamente l'abbondanza di elio centrale. Corrispondentemente la stella tende a riportarsi verso precedenti posizioni nel diagramma HR, per riiniziare la sua tipica evoluzione di combustione quiescente (Fig. 7.24). Solo quando attraverso i pulsi è stato depauperata di elio una vasta regione circondante il nucleo convettivo la stella riesce ad esaurire l'elio centrale per predisporsi alla fase di combustione in doppia shell.

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Fig. 7.25 Andamenti temporali di luminosità, temperatura efficace e composizione chimica centrale per il modello di cui alle figure precedenti lungo l'intera fase di combustione centrale di He.

L'effetto principale dei pulsi sarebbe dunque di prolungare la durata della fase di combustione centrale di He, come immediatamente ricavabile dai dati in Fig. 7.25, ove è facilmente riconoscibile che l'intervento dei pulsi allunga tale fase di poco meno di circa il 20%. Per sopprimere i pulsi esistono due alternative tecniche di calcolo. Una prima consiste nell'imporre che nei modelli in prossimità dell'esaurimento dell'elio centrale (Y$_c \le$ 0.1 -0.05) siano impediti aumenti nel tempo di tale parametro. Una seconda tecnica, che sopprime i pulsi e fornisce comportamenti evolutivi analoghi ma non eguali, consiste invece nel sopprimere negli stessi modelli la valutazione della generazione di energia gravitazionale $\varepsilon_G$.





c07/a01_breathing_pulses.txt · Ultima modifica: 02/10/2017 11:04 da marco