Astrofisica Stellare

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====== A7.1 Breathing Pulses ======

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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 Y<sub>c</sub>) 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<sup>-3</sup>. 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 Y<sub>c</sub> 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. 
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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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{{:c07:figura07_25.jpg?500}}
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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.
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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 $\varepsilon_G$.
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~~DISQUS~~