Cuando una estrella alcanza la fase gigante roja, ¿por qué se vuelve más opaca?

Consulte esta respuesta de Quora:

... una estrella se convertirá en un gigante rojo antes de que comience a quemar helio. De hecho, se hinchará en un gigante rojo mientras aún quema hidrógeno en un caparazón en la superficie del núcleo de helio. Sin embargo, la quema de conchas libera más energía que la quema de núcleos, pero incluso eso solo no haría que la estrella se convirtiera en un gigante rojo, ya que podría brillar más. El verdadero culpable es la combinación de la mayor tasa de producción de energía Y que la estrella tenga una mayor opacidad en esa etapa de la vida.. Esto produce una crisis energética donde la energía no puede escapar radiativamente lo suficientemente rápido, y la convección tendría que ser supersónica para reequilibrar la estrella. Dado que la convección supersónica está altamente desfavorecida (es decir, imposible), la estrella se expande enormemente hasta el punto de que el flujo de energía en la cubierta ardiente coincide con el flujo de energía en la superficie ahora mucho más grande nuevamente.

Esta es una de las mejores explicaciones que he encontrado sobre cómo las estrellas hacen la transición a gigantes rojas. Sin embargo, la sección en negrita me resulta confusa: ¿por qué la estrella se volvería más opaca y qué causa eso?

Hay algunas respuestas en esta conferencia y en esta, aunque incluso allí el autor admite que toda la historia es complicada y no se conoce perfectamente.

Parece que la quema de conchas y la contracción del núcleo de la estrella que ya no se quema provoca cierta expansión de las capas externas (esto se describe como el "principio del espejo" y se explica en parte en la lección 12 (sección 12.4). las capas se enfrían, hasta que los iones H comienzan a formarse en ellas (alrededor de 5000K), que interactúan con la luz mucho más que los átomos de hidrógeno neutros o los protones desnudos (H +), lo que explica el aumento de la opacidad.

La verdadera razón por la que las estrellas se hinchan en gigantes rojas no se debe a los cambios de opacidad, sino a la creación de un núcleo degenerado de helio no fusible en el centro. Este núcleo degenerado tiene una fuerte gravedad, que dicta una temperatura alta a la carcasa de fusión de hidrógeno que se encuentra encima. Esto es bastante importante, porque cuando una estrella está experimentando una fusión central como nuestro Sol, la velocidad de fusión se autorregula ajustando la temperatura. Pero cuando la temperatura es dictada por la gravedad del núcleo degenerado, tiende a ser bastante alta, y la velocidad de fusión, incapaz de autorregularse, se vuelve loca. Algo tiene que ceder, porque como se dijo anteriormente, hay una crisis energética.

Lo que da es que la tasa de generación de energía hace que la envoltura se expanda, lo que levanta el peso de la cubierta de fusión. Eso reduce su densidad y la cantidad de gas que experimenta la fusión. Entonces, a diferencia de la fusión de núcleo, que autorregula su temperatura, la fusión de caparazón autorregula su cantidad de masa al levantar peso. Pero para levantar una cantidad de peso tan grande requiere una expansión muy significativa del sobre, ergo un gigante rojo.

La opacidad H menos cerca de la superficie controla exactamente qué tan grande se vuelve la estrella, porque una vez que la masa se ha levantado, no le importa tanto a la cáscara exactamente qué tan lejos se levanta. Pero sí importa la capacidad de la estrella de irradiar esa energía al espacio, por lo que controla el radio de la estrella, no es lo que hace que ese radio sea grande en primer lugar. Entonces, la razón por la cual la envoltura se expande en primer lugar no tiene nada que ver con la opacidad, los cambios de opacidad entran en juego después de que ya se haya producido una expansión significativa y controlan dónde termina la superficie estelar. Si la opacidad estelar no cambiara en absoluto, seguiría siendo una estrella gigante, pero no del mismo radio.