Kärnfusion är livsnerven för stjärnor och en viktig process för att förstå hur universum fungerar. Processen är det som driver vår egen Sun, och är därför källan till all energi på jorden. Vår mat är till exempel baserad på att äta växter eller äta saker som äter växter, och växter använder solljus för att göra mat. Dessutom är nästan allt i våra kroppar gjorda av element som inte skulle existera utan kärnfusion.

Hur börjar fusion?

Fusion är ett stadium som händer under stjärnformation. Detta börjar i gravitationskollapset av ett jättemolekylärt moln. Dessa moln kan sträcka sig över flera dussin kubiska ljusår av rymden och innehålla stora mängder materia. När tyngdkraften kollapsar molnet, bryter den upp i mindre bitar, var och en centrerad kring en koncentration av materia. Eftersom dessa koncentrationer ökar i massa accelererar motsvarande gravitation och därigenom hela processen, med att kollapset själv skapar värmeenergi. Så småningom kondenserar dessa delar under värme och tryck till gasformiga sfärer som kallas protostrar. Om en protostar inte koncentrerar tillräckligt mycket, uppnår det aldrig det tryck och värme som krävs för kärnfusion och blir en brun dvärg. Den energi som stiger från fusionen som äger rum i mitten uppnår ett jämviktsläge med stjärnans vikt, vilket förhindrar ytterligare kollaps även i supermassiva stjärnor.

Stellar Fusion

Det mesta av det som gör upp en stjärna är vätegas, tillsammans med lite helium och en blandning av spårämnen. Det enorma trycket och värmen i solens kärna är tillräckligt för att orsaka vätefusion. Vätgasfusion slår samman två väteatomer, vilket resulterar i skapandet av en heliumatom, fria neutroner och mycket energi. Detta är processen som skapar all energi som Solen frigör, inklusive all värme, synligt ljus och UV-strålar som så småningom når jorden. Vätgas är inte det enda elementet som kan smälta på detta sätt, men tyngre element kräver successivt större mängder tryck och värme.

Running out of hydrogen

Så småningom börjar stjärnorna springa ur väte som ger det grundläggande och mest effektiva bränslet för kärnfusion. När detta händer, var den stigande energin som upprätthöll jämvikten förhindrande av ytterligare kondensering av stjärnsputtrarna och orsakade en ny fas av stjärnkollaps. När kollapsen sätter tillräckligt, större tryck på kärnan är det möjligt att skapa en ny fusionsrunda, den här gången brinner det tyngre elementet av helium. Stjärnor med en massa på mindre än hälften av vår egen Sun saknar varmedal för att smälta helium och bli röda dvärgar.

Pågående Fusion: Mellanstora stjärnor

När en stjärna börjar smälta helium i kärnan ökar energiproduktionen över det för väte. Denna större produktion pressar stjärnans yttre skikt längre ut och ökar dess storlek. Ironiskt nog är dessa yttre skikt nu tillräckligt långt från där fusionen äger rum för att svalna en bit och vrida dem från gult till rött. Dessa stjärnor blir röda jättar. Heliumfusion är relativt instabil och fluktuationer i temperatur kan orsaka pulsationer. Det skapar kol och syre som biprodukter. Dessa pulsationer har potential att blåsa bort de yttre skikten av stjärnan i en ny explosion. En nova kan i sin tur skapa en planetarisk nebula. Den återstående stjärnkärnan kommer gradvis att svalna och bilda en vit dvärg. Detta är sannolikt slutet för vår egen Sun.

Pågående Fusion: Big Stars

Större stjärnor har mer massa, vilket innebär att när helium är uttömd kan de få en ny omgång och producera trycket för att starta en ny sammansmältningsrunda, vilket skapar ännu tyngre element. Detta kan eventuellt fortsätta tills järn nås. Järn är det element som delar element som kan producera energi i fusion från de som absorberar energi i fusion: järn absorberar lite energi i skapandet. Nu släpper fusion i stället för att skapa energi, även om processen är ojämn (järnfusion kommer inte att gå på universellt i kärnan). Samma fusionsinstabilitet i supermassiva stjärnor kan få dem att skaka ut yttre skal på ett sätt som liknar vanliga stjärnor, och resultatet blir kallat en supernova.

Stardust

Ett viktigt övervägande i stellarmekaniken är att allt materia i universum tyngre än väte är resultatet av kärnfusion. Äkta tunga element, som guld, bly eller uran, kan bara skapas genom supernovaxplosioner. Därför är alla ämnen som vi är bekanta med på jorden föreningar som är byggda ut ur skräp av någon tidigare strålning.