Quando una stella raggiunge la fase del gigante rosso, perché diventa più opaca?

Si prega di fare riferimento a questa risposta di Quora:

... una stella diventerà un gigante rosso prima che inizi a bruciare elio. In effetti, si gonfia in un gigante rosso mentre brucia ancora idrogeno in un guscio sulla superficie del nucleo di elio. La combustione delle conchiglie, tuttavia, rilascia più energia rispetto alla combustione del nucleo, ma anche quella da sola non farebbe diventare la stella un gigante rosso, poiché potrebbe solo brillare di più. Il vero colpevole è la combinazione del più alto tasso di produzione di energia E che la stella ha un'opacità più elevata in quella fase della vita. Questo produce una crisi energetica in cui l'energia non può sfuggire radiativamente abbastanza velocemente e la convezione dovrebbe essere supersonica per riequilibrare la stella. Poiché la convezione supersonica è altamente sfavorevole (cioè impossibile), la stella si espande notevolmente al punto che il flusso di energia sul guscio ardente corrisponde di nuovo al flusso di energia sulla superficie ora molto più grande.

Questa è una delle migliori spiegazioni che ho trovato su come le stelle passano ai giganti rossi. Tuttavia, la sezione che ho in grassetto mi confonde: perché la stella dovrebbe diventare più opaca, e che cosa provoca ciò?

Ci sono alcune risposte in questa lezione e in questa anche se anche lì l'autore ammette che l'intera storia è complicata e non perfettamente conosciuta.

Sembra che la combustione del guscio e la contrazione del nucleo non più bruciante della stella causino una certa espansione degli strati esterni (questo è descritto come "principio dello specchio" e parzialmente spiegato nella lezione 12 (sezione 12.4). strati da raffreddare, fino a quando gli ioni H iniziano a formarsi in essi (circa 5000 K.) Questi interagiscono con la luce molto più degli atomi di idrogeno neutri o dei protoni nudi (H +) che spiegano l'aumento dell'opacità.

La vera ragione per cui le stelle si gonfiano in giganti rossi non è dovuta ai cambiamenti di opacità, ma alla creazione di un nucleo degenerato di elio non-fusione al centro. Questo nucleo degenerato ha una forte gravità, che determina un'alta temperatura al guscio di fusione dell'idrogeno che si trova sopra di esso. Questo è abbastanza importante, perché quando una stella sta subendo una fusione di base come il nostro Sole, la velocità di fusione si autoregola regolando la temperatura. Ma quando la temperatura è dettata dalla gravità del nucleo degenerato, tende ad essere piuttosto elevata e la velocità di fusione, incapace di autoregolarsi, impazzisce. Qualcosa deve dare, perché come detto sopra, c'è una crisi energetica.

Ciò che dà è che il tasso di generazione di energia provoca l'espansione dell'involucro, che solleva il peso dal guscio di fusione. Ciò riduce la sua densità e la quantità di gas in fase di fusione. Quindi, diversamente dalla fusione del nucleo, che autoregola la sua temperatura, la fusione del guscio regola da sola la sua quantità di massa, sollevando peso. Ma per sollevare una così grande quantità di peso richiede un'espansione molto significativa dell'involucro, ergo un gigante rosso.

L'opacità H meno vicino alla superficie controlla esattamente quanto diventa grande la stella, perché una volta che la massa è stata sollevata non importa così tanto al guscio esattamente da quanto viene sollevata. Ma è importante per la capacità della stella di irradiare quell'energia nello spazio, in modo che controlli il raggio della stella, non è ciò che rende quel raggio grande in primo luogo. Quindi il motivo per cui la busta si espande in primo luogo non ha nulla a che fare con l'opacità, i cambiamenti di opacità entrano in gioco dopo che si è già verificata un'espansione significativa e controllano dove finisce la superficie stellare. Se l'opacità stellare non fosse cambiata, sarebbe comunque una stella gigante, ma non del tutto dello stesso raggio.