Quand une étoile atteint la phase géante rouge, pourquoi devient-elle plus opaque?

Veuillez vous référer à cette réponse de Quora:

... une étoile deviendra une géante rouge avant de commencer à brûler de l'hélium. En fait, il va gonfler dans une géante rouge tout en brûlant de l'hydrogène dans une coquille à la surface du noyau d'hélium. La combustion des coquilles, cependant, libère plus d'énergie que la combustion des noyaux, mais même cela ne suffirait pas à faire de l'étoile une géante rouge, car elle pourrait simplement briller plus. Le vrai coupable est la combinaison du taux de production d'énergie plus élevé ET que l'étoile a une opacité plus élevée à ce stade de la vie. Cela produit une crise énergétique où l'énergie ne peut pas s'échapper assez rapidement et la convection devrait être supersonique pour rééquilibrer l'étoile. Étant donné que la convection supersonique est fortement défavorisée (c'est-à-dire impossible), l'étoile se dilate considérablement au point que le flux d'énergie au niveau de la coquille en feu correspond à nouveau au flux d'énergie à la surface désormais beaucoup plus grande.

C'est l'une des meilleures explications que j'ai trouvées sur la transition des étoiles vers les géantes rouges. Cependant, la section que j'ai mise en gras me prête à confusion: pourquoi l'étoile deviendrait-elle plus opaque et quelles sont les causes de ce phénomène?

Il y a quelques réponses dans cette conférence et celle-ci bien que même là, l'auteur admette que toute l'histoire est compliquée et pas parfaitement connue.

Il semble que la combustion des coquilles et la contraction du noyau qui ne brûle plus provoque une certaine expansion des couches externes (cela est décrit comme le "principe du miroir" et expliqué en partie dans la leçon 12 (section 12.4). couches à refroidir, jusqu'à ce que les ions H- commencent à se former en eux (environ 5000 K.) Ceux-ci interagissent avec la lumière beaucoup plus que les atomes d'hydrogène neutres ou les protons nus (H +), ce qui explique l'augmentation de l'opacité.

La vraie raison pour laquelle les étoiles se gonflent en géantes rouges n'est pas due aux changements d'opacité, elle est due à la création d'un noyau dégénéré d'hélium non fusible au centre. Ce noyau dégénéré a une forte gravité, ce qui impose une température élevée à l'enveloppe de fusion d'hydrogène qui se trouve au sommet. Ceci est très important, car lorsqu'une étoile subit une fusion centrale comme notre Soleil, le taux de fusion s'autorégule en ajustant la température. Mais lorsque la température est dictée par la gravité du noyau dégénéré, elle a tendance à être assez élevée et le taux de fusion, incapable de s'autoréguler, devient fou. Quelque chose doit donner, car comme dit plus haut, il y a une crise énergétique.

Ce qui donne, c'est que le taux de génération d'énergie provoque l'expansion de l'enveloppe, ce qui soulève le poids de la coque de fusion. Cela réduit sa densité et la quantité de gaz en fusion. Contrairement à la fusion du cœur, qui autorégule sa température, la fusion de la coquille autorégule sa quantité de masse en soulevant du poids. Mais pour soulever un poids aussi important, il faut une expansion très importante de l'enveloppe, ergo une géante rouge.

L'opacité H moins près de la surface contrôle exactement la taille de l'étoile, car une fois que la masse a été décollée, peu importe pour la coquille la distance exacte à laquelle elle est soulevée. Mais cela dépend de la capacité de l'étoile à rayonner cette énergie dans l'espace, de sorte qu'il contrôle le rayon de l'étoile, ce n'est tout simplement pas ce qui rend ce rayon grand en premier lieu. Ainsi, la raison pour laquelle l'enveloppe se dilate en premier lieu n'a rien à voir avec l'opacité, les changements d'opacité entrent en jeu après qu'une expansion significative a déjà eu lieu et contrôle l'endroit où la surface stellaire se termine. Si l'opacité stellaire ne changeait pas du tout, ce serait toujours une étoile géante, mais pas tout à fait le même rayon.