¿Por qué aumenta el brillo y el radio del Sol, pero no su temperatura?

En el artículo de Sun en Wikipedia, hay una imagen que muestra cómo el brillo, el radio y la temperatura del Sol han cambiado con el tiempo:

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Durante los últimos (y próximos) miles de millones de años, veo que la luminosidad aumenta continuamente, la temperatura permanece más o menos igual y el radio también aumenta.

Esto me parece extraño. Imagino que, para que aumente la luminosidad, tendría que aumentar la temperatura. Y para que la temperatura aumente, el radio tendría que disminuir (a medida que el núcleo se vuelve más denso, las temperaturas aumentan).

Entonces, ¿por qué funciona de esta manera?

PD: También agradecería una explicación concreta de por qué los tres disminuyeron al comienzo de la vida del Sol, pero de repente comenzaron a aumentar.

La temperatura dada es la temperatura superficial . De hecho, la temperatura central aumenta con el radio y la luminosidad.

Respuestas (1)

La temperatura efectiva T mi F F de una estrella, que es presumiblemente lo que se ha trazado, se define a través de su relación con el radio de la estrella R y luminosidad L por

L = 4 π R 2 σ T mi F F 4

Esto proviene de la suposición de que la estrella irradia como un cuerpo negro en la fotosfera. Si bien esto no es estrictamente cierto, es bastante preciso y, de todos modos, así es como definimos la temperatura efectiva. La temperatura real de la superficie será ligeramente diferente, pero también se comportará aproximadamente como se muestra en la gráfica.

Entonces, incluso si T mi F F es constante, la estrella se expande si se vuelve más brillante. Además, puede ver que la sensibilidad a la temperatura es más pronunciada que el radio, por lo que un cambio moderado en la luminosidad puede ser absorbido por un cambio relativamente pequeño en la temperatura efectiva.

Mientras que la luminosidad está determinada básicamente por el simple comportamiento de las reacciones nucleares en el núcleo (en términos de temperatura y densidad), las propiedades de la superficie dependen de cómo se transporta la energía cerca de la superficie. Para la radiación, debe considerar cuál es la opacidad del material, que a su vez depende de los estados de ionización y otras cosas. Es bastante fácil ver por qué crece la luminosidad (el núcleo se vuelve más denso y también más caliente, produciendo energía más rápido), pero la determinación de las propiedades de la superficie es más complicada. Para el Sol, resulta de la manera que se muestra en la gráfica después de resolver todas las ecuaciones con las opacidades relevantes.

Además, como contraejemplo extremo de "más brillante significa más caliente y más pequeño", recuerda que las gigantes rojas son mucho más brillantes pero también mucho más frías.

PD: No estoy seguro de la fuente de los datos, pero supongo que el movimiento al principio se debe a que la estrella termina su contracción en la secuencia principal. Es decir, antes del primer mínimo, se está liberando energía por contracción gravitatoria. Después de eso, la energía de las reacciones nucleares comienza a dominar.

Además, es la luminosidad, no la temperatura de la superficie del sol, de lo que debemos preocuparnos. Algunos modelos tienen todos los océanos de la Tierra "hirviendo" durante los próximos mil millones de años.
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