Aumento da luminosidade da estrela

Question

A luminosidade de uma estrela é proporcional à 4ª potência de sua temperatura e ao quadrado de seu raio. Além disso, a relação massa-luminosidade diz que a luminosidade da estrela é proporcional a aproximadamente M ^ 3,5.

Considere uma estrela na sequência principal. Ele está em equilíbrio hidrostático, então não há colapso ou expansão. Portanto, o raio não muda muito. Além disso, a estrela está em equilíbrio térmico, de modo que a energia que ela gera é igual à energia que irradia. Portanto, a temperatura não deve mudar significativamente. Além disso, a estrela está perdendo massa como energia devido à fusão. Agora, se considerarmos a relação de luminosidade da massa aqui, então por que há um ligeiro aumento na luminosidade da estrela durante sua permanência na sequência principal. Se está perdendo massa, então deve perder sua luminosidade também, certo?

Por favor, diga-me onde estou errando em meu raciocínio.

Answer 1

A relação de massa de luminosidade é inexata. A luminosidade também depende da composição da estrela, particularmente dentro e ao redor das regiões de queima nuclear.

A composição muda durante o tempo de vida da sequência principal à medida que o hidrogênio é transformado em hélio. A massa média por partícula aumenta e o número de elétrons por unidade de massa diminui. O primeiro significa que a temperatura aumenta para manter uma pressão semelhante, aumentando assim a taxa de fusão. Este último diminui a opacidade do gás, levando a um gradiente de temperatura mais raso e, portanto, a uma estrela maior. Uma estrela como o Sol torna-se cerca de duas vezes mais luminosa ao longo de sua vida na seqüência principal.

A perda de massa devido à radiação da superfície da estrela é insignificante para o Sol, mas mais importante em estrelas de massa mais elevada.

Para o Sol, a taxa de perda de massa devido a este processo é de cerca $6\times 10^{-14}$de sua massa por ano, portanto, apenas cerca de 0,6% de sua massa é perdida dessa forma durante sua vida de sequência principal. A massa perdida pelo vento solar é provavelmente um pouco mais importante, mas o total é insuficiente para neutralizar o efeito de mudança de composição. A taxa de perda de massa de radiação sobe conforme$M^{3.5}$ para estrelas de massa mais elevada, mas é claro que suas vidas também são mais curtas por $M^{-2.5}$. O efeito líquido é que a fração de massa perdida é proporcional à massa, ou seja, cerca de 6% para uma estrela de dez massas solares. Por si só, isso reduziria a luminosidade em cerca de 20%; o efeito de mudança de composição é muito mais forte.