Existe um limite para o quão quente uma estrela pode ser?

Sim, há um limite. Se o gradiente de pressão de radiação exceder a densidade local multiplicada pela gravidade local, então nenhum equilíbrio é possível.

A pressão de radiação depende da quarta potência da temperatura. O gradiente de pressão de radiação, portanto, depende da terceira potência de temperatura multiplicada pelo gradiente de temperatura.

Portanto, para estabilidade $$ T ^ 3 \ frac {dT} {dr} \ leq \ alpha \ rho g, $$ onde $ \ rho $ é a densidade, $ g $ é a gravidade local e $ \ alpha $ é alguma coleção de constantes físicas, incluindo o quão opaco o material é para a radiação. Como deve haver um gradiente de temperatura nas estrelas (elas são mais quentes por dentro do que por fora), isso efetivamente coloca um limite superior para a temperatura. É isso que define um limite superior de cerca de 60.000-70.000 K para a temperatura da superfície das estrelas mais massivas, que são dominadas pela pressão de radiação.

Em regiões de densidade ou gravidade mais alta, a pressão de radiação é não é um problema e as temperaturas podem ser muito mais altas. As temperaturas superficiais das estrelas anãs brancas (alta densidade e gravidade) podem ser de 100.000 K, as superfícies das estrelas de nêutrons podem exceder um milhão de K. É claro que os interiores das estrelas são muito mais densos e, conseqüentemente, podem ser muito mais quentes. As temperaturas máximas são controladas pela rapidez com que o calor pode ser movido para fora por radiação ou convecção. As temperaturas mais altas de $ \ sim 10 ^ {11} $ K são alcançadas nos centros das supernovas de colapso do núcleo. Normalmente, essas temperaturas são inatingíveis em uma estrela porque o resfriamento por neutrinos pode transportar energia de forma altamente eficaz. Nos segundos finais de um CCSn, a densidade fica alta o suficiente para que os neutrinos fiquem presos e, portanto, a energia potencial gravitacional liberada pelo colapso não pode escapar livremente – daí as altas temperaturas.

Quanto à última parte do seu questão, sim, existem masers astrofísicos encontrados nos envelopes de algumas estrelas evoluídas. O mecanismo de bombeamento ainda é debatido. As temperaturas de brilho de tais masers podem ser muito mais altas do que qualquer coisa discutida acima.

Comentários

• De acordo com The Disappearing Spoon , a taxa na qual a fusão ocorre no núcleo de uma estrela diminui com a temperatura, então parece limitar as temperaturas em estrelas cuja fonte primária de calor é a fusão nuclear. Quando as estrelas entram em colapso e geram calor a partir da energia potencial convertida, em vez da fusão, esses limites se perdem, mas para " " estrelas I pensaria que eles ' d seriam o principal fator limitante.
• @supercat Não sei o que é Colher desaparecida , mas ' está errado. Como você pode julgar pelo fato de que estrelas massivas com temperaturas interiores mais altas são ordens de magnitude mais luminosas.
• @RobJeffries: É ' um livro. Ele não ' diz que todas as estrelas têm a mesma temperatura de equilíbrio (elas claramente não ' t), mas que para um determinado nível de pressão, a taxa de fusão diminui com a temperatura. Estrelas que são mais massivas podem atingir pressões mais altas e, portanto, têm temperaturas de equilíbrio mais altas, mas para uma estrela com uma determinada quantidade de massa , as temperaturas que a fusão pode atingir serão limitadas pelo feedback mencionado.
• @supercat Então você (ou o livro) está dizendo que se $ \ rho T $ é uma constante, então, conforme você aumenta $ T $, as reações de fusão diminuem. Parece incorreto para mim. A dependência $ T $ das reações de fusão é muito mais acentuada do que a dependência $ \ rho $. Na verdade, a densidade central e a pressão de estrelas da sequência principal de massa mais elevada são menores . O fator limitante é a pressão de radiação nas estrelas mais massivas. As temperaturas centrais em estrelas menos massivas são mais baixas, porque elas não ' t precisam ser tão altas.
• Meu entendimento do que o livro está dizendo é que a uma dada pressão, o aumento das temperaturas reduzirá a densidade da matéria estelar o suficiente para reduzir a taxa na qual ela se funde. Se o aumento das temperaturas não ' reduz a taxa de fusão, por que as estrelas seriam capazes de durar milhões de anos?