¿Por qué la metalicidad aumenta la opacidad dentro de las estrellas?

Una respuesta vaga que he visto es que tiene algo que ver con una mayor cantidad de posibles estados excitados, pero no sé qué significa esto para un plasma parcialmente ionizado, mucho menos un plasma completamente ionizado, ni cómo esto permitiría el plasma dentro de una estrella para absorber más radiación.

Respuestas (1)

Tanto la absorción libre como la libre dependen en gran medida del número atómico. Z de núcleos en el gas.

Para la absorción libre-libre es simplemente que la emisividad por unidad de volumen de los electrones que se aceleran en el campo de un ion escala como Z 2 (hay Z mi electrones acelerando cerca de una carga de + Z mi ). Dado que por la Ley de Kirchoff, la absortividad está directamente relacionada con la emisividad, entonces el coeficiente de absorción y la opacidad también son proporcionales a Z 2 .

Existe un argumento similar para la absorción libre de límites, donde dado que los electrones están muy acelerados en el campo de un ion fuertemente cargado positivamente, hay un Z 4 dependencia de la sección eficaz de absorción.

Estas dependencias muy fuertes se traducen en dependencias más débiles de la fracción de masa de los elementos pesados ​​porque los coeficientes de absorción totales deben promediarse entre todos los constituyentes del gas, la mayoría de los cuales son hidrógeno y helio con Z = 1 y Z = 2 respectivamente. Sin embargo, todavía termina habiendo una correlación positiva bastante fuerte entre la metalicidad y la opacidad.

Incluso en las partes exteriores de las estrellas donde la opacidad está dominada por H − iones, siguen siendo los metales los que aportan casi todos los electrones libres para formar esos iones y la opacidad acaba siendo proporcional a la metalicidad.

¿Por qué los metales proporcionan muchos más electrones libres que el hidrógeno? Los metales más comunes no tienen energías de primera ionización significativamente más bajas que el hidrógeno. ¿Es solo porque los metales tienen más electrones para dar?
@zucculent en realidad, el hidrógeno tiene una energía de ionización relativamente alta. La mayoría de los átomos tienen una energía de ionización más baja que el hidrógeno. A juzgar por Wikipedia: la energía de ionización solo He, N, O, F, Ne, Ar y Kr tienen una energía de ionización más alta que el hidrógeno. Li y Na tienen casi tres veces menos energía de ionización.
@Prallax eso es cierto, pero de los elementos que mencionaste, N, O y Ne son algunos de los metales más abundantes. Li y Na lo son mucho menos.
Sin embargo, en la fotosfera es el Na el que aporta los electrones libres.
Oh, ¿entonces la energía de ionización del hidrógeno es demasiado alta para contribuir significativamente a los electrones libres?
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