Augmentation de la luminosité de l'étoile
La luminosité d'une étoile est proportionnelle à la 4 ème puissance de sa température et au carré de son rayon. De plus, la relation masse-luminosité indique que la luminosité de l'étoile est proportionnelle à environ M ^ 3,5.
Considérez une étoile dans la séquence principale. Il est en équilibre hydrostatique donc il n'y a ni effondrement ni expansion. Ainsi, le rayon ne change pas grand-chose. De plus, l'étoile est en équilibre thermique, de sorte que l'énergie qu'elle génère est égale à l'énergie qu'elle rayonne. Ainsi, la température ne doit pas changer de manière significative. De plus, l'étoile perd de la masse sous forme d'énergie à cause de la fusion. Maintenant, si nous considérons la relation de luminosité de masse ici, alors pourquoi y a-t-il une légère augmentation de la luminosité de l'étoile pendant son séjour dans la séquence principale. S'il perd de la masse, il devrait également perdre sa luminosité, n'est-ce pas?
Veuillez me dire où je me trompe dans mon raisonnement.
Réponses
La relation entre la luminosité et la masse est inexacte. La luminosité dépend également de la composition de l'étoile, en particulier dans et autour des régions de combustion nucléaire.
La composition change au cours de la durée de vie de la séquence principale lorsque l'hydrogène se transforme en hélium. La masse moyenne par particule augmente et le nombre d'électrons par unité de masse diminue. Le premier signifie que la température augmente pour maintenir une pression similaire, augmentant ainsi la vitesse de fusion. Ce dernier diminue l'opacité du gaz conduisant à un gradient de température moins profond et donc à une étoile plus grosse. Une étoile comme le Soleil devient environ deux fois plus lumineuse au cours de sa séquence principale.
La perte de masse due au rayonnement de la surface de l'étoile est négligeable pour le Soleil, mais plus importante dans les étoiles de masse supérieure.
Pour le Soleil, le taux de perte de masse dû à ce processus est d'environ $6\times 10^{-14}$de sa masse par an, donc seulement environ 0,6% de sa masse est perdue de cette manière au cours de sa vie de séquence principale. La masse perdue par le vent solaire est probablement un peu plus importante mais le total est insuffisant pour contrer l'effet de changement de composition. Le taux de perte de masse par rayonnement augmente à mesure que$M^{3.5}$ pour les étoiles de masse plus élevée, mais bien sûr, leur vie est également plus courte $M^{-2.5}$. L'effet net est que la fraction de masse perdue est proportionnelle à la masse, soit environ 6% pour une étoile à dix masses solaires. À lui seul, cela ne réduirait la luminosité que d'environ 20%; l'effet de changement de composition est beaucoup plus fort.