Ядерне горіння літію

Ядерне горіння літію — процес зоряного нуклеосинтезу, в якому літій перетворюється на інші елементи. Літій досить легко перетворюється на гелій, тому в речовині, яка досягла температури близько 2,5× 10⁶ K літію майже не лишається. У результаті літій майже відсутній у маломасивних зорях, але наявний у маломасивних коричневих карликах, які ніколи не досягали необхідної для горіння літію температури. На цьому заснований так званий літієвий тест — спостережне розрізнення коричневих карликів і зір за наявністю чи відсутністю ліній літію у спектрі.

Рівняння реакцій

Горіння найпоширенішого ізотопу літію, літію-7, відбувається внаслідок зіткнення ⁷Li і протона з утворенням нестійкого берилію-8, який швидко розпадається на два ядра гелію-4:

p + ⁷Li → ⁸Be (нестійкий) → 2 ⁴He

Температура, необхідна для цієї реакції, трохи нижча за температуру, необхідну для ядерного горіння водню, а конвекція, що в зорях малої маси охоплює весь об’єм зорі, забезпечує майже повне спалення літію.

Інший ізотоп, літій-6, перетворюється на літій-7 у такому ланцюжку реакцій:

p + ⁶Li → ⁷Be (нестійкий)

⁷Be + e⁻ → ⁷Li + ν

А утворений літій-7 уже перетворюється на гелій за попереднім ланцюжком реакцій.

Горіння літію в молодій зорі типу T Тельця може тривати приблизно 100 мільйонів років, а в субзоряних об'єктах із масами менш як 60 M_J (мас Юпітера) воно не відбувається взагалі. Таким чином спостережувана кількість літію може бути використана для визначення віку або маси зорі.

Літієвий тест

Використання літію для відрізнення коричневих карликів від маломасивних зір називають літієвим тестом. У найпростішому наближенні, літій наявний в спектрах коричневих карликів і відсутній у спектрах маломасивних зір. Це пояснюється тим, що надра маломасивних зір розігріті до температури ядерного горіння літію, а самі зорі повністю конвективні, так що літій спалюється в усьому об'ємі зорі, включаючи атмосферу. Натомість у коричневих карликах необхідна для ядерного горіння літію температура не досягається, і літій зберігається.

Літієвий тест не ідеальний і має обмеження. Наймасивніші коричневі карлики (60–75 M_J) можуть бути достатньо гарячими, щоб спалювати свій літій, поки вони молоді.

Літієвий тест застосовний тільки для зір малих мас (<0,5 M_☉). У масивніших зір, таких як Сонце, конвективною є лише зовнішня оболонка, і в ній літій може зберігатися, бо температура там не досягає температури ядерного горіння літію. Але такі зорі надто яскраві, щоб переплутати їх із коричневими карликами.