¿Por qué la pista de la etapa subgigante es casi horizontal en el diagrama HR?

Se indica que:

Después de la secuencia principal, a medida que la fusión se debilita o se detiene en el núcleo, la radiación externa se debilita. El núcleo de helio se contrae y se calienta. ¡La energía gravitacional se convierte de nuevo en energía térmica!

La estrella parecerá enfriarse lentamente y sufrirá un ligero aumento de luminosidad. Durante esta fase, el camino que seguirá la estrella en el diagrama HR es casi horizontal a la derecha de su posición en la secuencia principal. Las estrellas en esta fase generalmente se conocen como subgigantes.

Pero todavía no puedo entender.

star red-giant

— velut luna
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Respuestas:

Reemplazaré la respuesta anterior para centrarme en la rama "subgigante" antes del gigante rojo, en lugar de la secuencia pre-principal o la "rama horizontal" de la fusión del núcleo de helio. Esas son otras veces que la luminosidad es constante, pero esta pregunta es acerca de la rama subgigante, que me perdí antes.

La razón por la cual la luminosidad es casi constante en la rama subgigante está relacionada con la "relación masa-luminosidad" de las estrellas de secuencia principal y anterior. Se debe a la difusión radiativa y a cómo conduce a una luminosidad que depende solo de la masa, para una composición dada. Si se compara con las pistas de la secuencia principal anterior, debería encontrar que los subgigantes retroceden más o menos esa evolución previa, solo que con una luminosidad algo mayor porque muchos de los electrones se han tragado en los neutrones, reduciendo la opacidad y aumentando el total- tasa importante de difusión radiativa. Esencialmente es solo una relación de masa-luminosidad dominada por helio, en lugar de dominada por hidrógeno, ya que el radio aumenta debido a los detalles de cómo está evolucionando el interior.

La razón por la cual la luminosidad finalmente aumenta abruptamente en la rama gigante roja es que a medida que el núcleo degenerado comienza a acumularse en masa, comienza a controlar la temperatura de la región de fusión, y esto cambia significativamente la estructura interna de maneras que explican a los gigantes rojos .

— Ken G
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Al parecer, alguien que no sabe mucho sobre la evolución estelar puso un -1, pero puede estar seguro de que mi respuesta es correcta de todos modos. Un hecho interesante sobre la relación masa-luminosidad es que es independiente del radio, que es un elemento básico de la combinación del contenido de luz interna multiplicado por la velocidad de difusión. Es por eso que la luminosidad no cambia a medida que cambia el radio, pero la temperatura de la superficie sí cambia.

— Ken G

¿Tal vez pensaron que parece estar diciendo que "no hay fusión de caparazón importante" durante la fase subgigante? También pensaría que muchos, si no la mayoría de los subgigantes tienen sobres convectivos.

— Rob Jeffries

Me refiero a la importancia de la fusión de conchas para establecer la luminosidad de la estrella. Ya es obvio por la pregunta que no hay una fusión de concha importante en el ajuste de la luminosidad de la estrella: ¡la luminosidad no cambia cuando la fusión cambia de fusión de núcleo a fusión de concha! ¿Qué podría hacerlo más obvio que eso? De ahí la pregunta. En cuanto a las envolventes convectivas, eso se explica por qué la temperatura de la superficie de la estrella cae, pero claramente tiene poco que ver con la luminosidad. Solo mira la pista.

— Ken G

A partir de la radiación de cuerpo negro ( ) la evolución horizontal implica aumentar el radio y disminuir la temperatura. $L = c r^2 T^4$

Esto sucede debido al agotamiento de H en el núcleo:

Depleción de H en el núcleo -> contracción del núcleo -> aumento de la temperatura central + inicio de la fusión de H en la envoltura (en el diagrama HR, la estrella sube) -> para mantener el equilibrio de la inyección de energía de la fusión de H en la envoltura, envoltura se expande y se enfría (moviéndose horizontalmente a la derecha en el diagrama HR) -> ...

— Kornpob Bhirombhakdi
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No explica por qué la luminosidad es casi constante.

— Rob Jeffries

"radio creciente y temperatura decreciente"

— Kornpob Bhirombhakdi

La luminosidad es casi constante porque se establece por difusión radiativa, y la naturaleza de la difusión radiativa (para opacidad fija) es producir una luminosidad que depende solo de la masa y no del radio. Esta es la "relación masa-luminosidad". La pregunta podría reformularse, "¿por qué la gente piensa que la relación masa-luminosidad solo se mantiene en la secuencia principal, cuando las pistas muestran que también tiene una secuencia pre y post principal?" Respuesta: porque no están prestando atención.

— Ken G

¿Alguna referencia para la relación ML para pre / post MS? Puede que no sea consciente de algo nuevo.

— Kornpob Bhirombhakdi

¿Por qué necesitaría una referencia para la relación ML después de la EM cuando la pregunta completa aquí es por qué la relación ML aún es válida para los subgigantes? Esa es la pregunta que se hace, la pregunta no es si la relación de ML aún se mantiene, sino por qué aún se mantiene. Y eso fue lo que se respondió.

— Ken G