तारों में ऊर्जा का परिवहन

एक तारे के कोर में उत्पन्न ऊर्जा को सतह तक बाहर की ओर यात्रा करनी चाहिए, और क्या यह मुख्य रूप से विकिरण के विसरण या संवहन के थोक मंथन द्वारा होता है, यह तारे की संरचना और अवलोकन योग्य गुणों को आकार देता है।

Definition

ऊर्जा परिवहन भौतिक प्रक्रियाओं का एक समूह है, मुख्य रूप से विकिरण विसरण, संवहन और चालन, जिसके द्वारा एक तारकीय आंतरिक भाग में मुक्त ऊर्जा को सतह से विकीर्ण होने के लिए बाहर की ओर ले जाया जाता है।

Scope

यह विषय विकिरण विसरण और अपारदर्शिता की भूमिका, विकिरण तापमान प्रवणता, श्वार्ज़स्चिल्ड और लेडॉक्स मानदंड जो यह तय करते हैं कि संवहन कहाँ शुरू होता है, संवहन ऊष्मा परिवहन के व्यावहारिक विवरण के रूप में मिश्रण-लंबाई सिद्धांत, और पतित पदार्थ को छोड़कर चालन की बहुत छोटी भूमिका को शामिल करता है।

Core questions

• एक तारे के कोर से उसकी सतह तक ऊर्जा कैसे ले जाई जाती है?
• क्या निर्धारित करता है कि कोई क्षेत्र विकिरण या संवहन द्वारा ऊर्जा का परिवहन करता है?
• अपारदर्शिता तारकीय पदार्थ के माध्यम से विकिरण के प्रवाह को कैसे नियंत्रित करती है?
• विभिन्न द्रव्यमानों के तारों में संवहन क्षेत्र कहाँ और क्यों होते हैं?

Key concepts

• विकिरण विसरण
• अपारदर्शिता
• विकिरण प्रवणता
• श्वार्ज़स्चिल्ड मानदंड
• संवहन
• मिश्रण-लंबाई सिद्धांत
• रुद्धोष्म प्रवणता

Key theories

विकिरण विसरण और अपारदर्शिता

विकिरण क्षेत्रों में ऊर्जा फोटॉनों के बार-बार अवशोषित और पुनः उत्सर्जित होने के कारण बाहर की ओर फैलती है; प्रवाह को ले जाने के लिए आवश्यक तापमान प्रवणता अपारदर्शिता के साथ बढ़ती है, जो तारकीय पदार्थ का विकिरण के प्रति प्रतिरोध है, और यह संरचना, तापमान और घनत्व पर निर्भर करता है।

संवहन की शुरुआत और मिश्रण-लंबाई सिद्धांत

जब प्रवाह को ले जाने के लिए आवश्यक विकिरण प्रवणता रुद्धोष्म प्रवणता से अधिक हो जाती है, तो गैस संवहन के प्रति अस्थिर हो जाती है और पलट जाती है; मिश्रण-लंबाई सिद्धांत परिणामी ऊष्मा परिवहन को बढ़ते और गिरते गैस के गुच्छों का इलाज करके पैरामीटराइज़ करता है जो घुलने से पहले एक विशिष्ट दूरी तय करते हैं।

Mechanisms

फोटॉन अपारदर्शी तारकीय गैस के माध्यम से एक यादृच्छिक चाल द्वारा ऊर्जा को बाहर की ओर ले जाते हैं, जिसमें आवश्यक तापमान प्रवणता अपारदर्शिता द्वारा निर्धारित होती है। जहाँ यह प्रवणता स्थिरता के लिए बहुत अधिक खड़ी हो जाती है, गर्म गैस के पार्सल ऊपर उठते हैं और ठंडे वाले डूबते हैं, संवहन द्वारा कुशलता से गर्मी का परिवहन करते हैं और उस क्षेत्र की संरचना को मिलाते हैं।

Clinical relevance

संवहन क्षेत्रों का स्थान और सीमा सतह की प्रचुरता, तारकीय गतिविधि और चुंबकत्व, लिथियम की कमी, और परमाणु दहन को पोषित करने वाले मिश्रण को नियंत्रित करती है, और वे तारकीय मॉडल में अनिश्चितता का एक प्रमुख स्रोत हैं जिसे अब तारकीय भूकंप विज्ञान (asteroseismology) द्वारा सीमित करने का प्रयास किया जा रहा है।

History

एडिंगटन ने 1920 के दशक में तारकीय संरचना के लिए विकिरण परिवहन को केंद्रीय के रूप में स्थापित किया, श्वार्ज़स्चिल्ड ने संवहन अस्थिरता के लिए मानदंड तैयार किया, और बीसवीं सदी के मध्य का मिश्रण-लंबाई सूत्र, जिसे बोहम-विटेंस द्वारा परिष्कृत किया गया, ने संवहन को एक सुगम रूप दिया जो अभी भी आधुनिक तारकीय मॉडल में उपयोग किया जाता है।

Debates

तारकीय मॉडल में संवहन का उपचार

मिश्रण-लंबाई सिद्धांत स्वाभाविक रूप से त्रि-आयामी, अशांत प्रक्रिया का एक-पैरामीटर सन्निकटन है; मिश्रण लंबाई का अंशांकन और संवहन अतिव्यापीकरण (convective overshooting) और सीमाओं का उपचार अनिश्चित बना हुआ है, और उन्हें परीक्षण और सुधारने के लिए त्रि-आयामी हाइड्रोडायनामिक सिमुलेशन का उपयोग किया जाता है।

Key figures

• Arthur Eddington
• Karl Schwarzschild
• Erika Bohm-Vitense
• Ludwig Biermann

Seminal works

• eddington1926
• kippenhahn2012

Frequently asked questions

सूर्य अंदर से विकिरणशील क्यों है लेकिन सतह के पास संवहनशील क्यों है?

सूर्य के गहरे आंतरिक भाग में विकिरण एक मामूली तापमान प्रवणता के साथ ऊर्जा को बाहर की ओर ले जा सकता है, लेकिन ठंडी बाहरी परतों में अपारदर्शिता अधिक होती है और विकिरण के लिए आवश्यक प्रवणता अस्थिरता की सीमा से अधिक हो जाती है, इसलिए सूर्य का बाहरी तीसरा भाग संवहनशील रूप से पलट जाता है।

अपारदर्शिता क्या है और यह क्यों मायने रखती है?

अपारदर्शिता यह मापती है कि तारकीय पदार्थ विकिरण को कितनी दृढ़ता से अवशोषित और बिखेरता है; उच्च अपारदर्शिता फोटॉनों के लिए बचना कठिन बना देती है, जिससे एक खड़ी तापमान प्रवणता बनती है और, यदि पर्याप्त खड़ी हो, तो संवहन शुरू हो जाता है, इसलिए अपारदर्शिता एक तारे की संरचना को नियंत्रित करने वाला एक प्रमुख इनपुट है।