El ciclo CNO en la primera generación de estrellas

Soy un estudiante universitario interesado en la astofísica y esta pregunta me vino a la mente:

Dado que el ciclo CNO requiere carbono para comenzar, y el carbono se produce por fusión termonuclear en las estrellas, ¿es justo pensar que las estrellas más calientes de la primera generación no tenían un ciclo CNO?
¿O debería pensar en cambio que la primera generación de estrellas tenía una metalicidad inicial y por lo tanto el ciclo CNO era posible?

Respuestas (2)

Las estrellas de primera generación no hicieron el ciclo CNO inicialmente.

Se estima que, después del Big Bang, tres cuartas partes de la materia son hidrógeno, una cuarta parte helio y pequeñas cantidades de elementos más pesados. Esta es también la composición de las estrellas de primera generación (ahora no observadas), que tienen una metalicidad cero. Aunque esas estrellas probablemente eran muy masivas, inicialmente no podían ejecutar el ciclo CNO.

Afortunadamente, el ciclo CNO no es el único proceso de fusión nuclear en las estrellas. En la reacción en cadena protón-protón, el hidrógeno se fusiona en helio. La estrella está en equilibrio hasta que el hidrógeno del núcleo se "agota". Luego puede colapsar y calentarse hasta que el proceso triple alfa comience a producir carbono. A partir de ahí hay más y más procesos que producen muchos elementos diferentes. Debido a la convección y la quema de capas, el ciclo CNO podría haber estado funcionando en esas estrellas de primera generación en etapas posteriores.

Curiosamente, las estrellas más masivas de la primera generación (población III) pueden haber terminado como agujeros negros, engullendo todos los metales producidos (elementos más pesados ​​que el helio). Muchos otros pueden haber estallado en supernovas de inestabilidad de pares expulsando todo el material al espacio interestelar, sin dejar remanentes compactos.

A Heger y SE Woosley: la firma de la nucleosíntesis de la población III

la cadena de protones de protones está presente principalmente en los comienzos que no son tan masivos, por lo que esas estrellas masivas de la primera generación probablemente colapsaron bastante rápido al no poder ejecutar la cadena cno, ¿verdad? (Sé que dijiste inicialmente, pero creo que probablemente el más masivo no vivió lo suficiente para comenzar)
@GerardoSuarez No está bien. Simplemente significa que sus núcleos deberían estar un poco más calientes para obtener la misma tasa de fusión de la cadena pp.
La afirmación "la cadena pp está presente principalmente en estrellas que no son tan masivas" es válida solo en nuestra población estelar actual, donde cada estrella tiene algo de metalicidad. Es posible que las estrellas de primera generación no hayan estado ejecutando predominantemente el ciclo CNO, pero eso no significa necesariamente que colapsaron rápidamente, porque otros procesos pueden haber dominado después de la cadena pp.
Esta tesis es una descripción y modelado reciente de estrellas de alta masa y muy baja metalicidad (pop 3). Tiene más de 150 páginas y aún no he podido analizar una fracción significativa. Por lo que he recopilado hasta ahora, parece que se respalda la idea de que el proceso triple alfa conduce a que ocurra el ciclo CNO (en algún nivel no trivial). Hay otro artículo de hace mucho más tiempo que sugiere que las reacciones CNO mucho más limitadas pueden haber afectado a las supernovas pop 3.

Supongo que lo que quieres decir con "primera generación" son las estrellas Pop III (también conocidas como metalicidad cero).

Estas estrellas compuestas solo de H y He (pueden tener elementos más pesados ​​muy pequeños e insignificantes) desde que se formaron en el universo muy primitivo. Su evolución comienza con la fusión de H para obtener más He y la quema de He para obtener elementos más pesados. Esto es similar a lo que sucede en el Sol. Por lo tanto, se puede producir carbono y el ciclo CNO puede ocurrir en algún momento de la vida.

Esto también está respaldado por la idea de que Pop III podría ser muy masivo y mantener su masa sin pérdida significativa por el mecanismo del viento (es decir, la tasa de pérdida de masa es mayor con la metalicidad debido a la emisión lineal de elementos pesados). Se ha demostrado mediante simulaciones que estas estrellas masivas pueden acabar con sus vidas mediante una explosión termonuclear (es decir, similar a SNe Tipo Ia), en lugar de un colapso del núcleo.