CNO 순환

3. 고온 CNO 순환

신성이나 엑스선 폭발원과 같이 고온, 고압 환경에서는 양성자 포획 속도가 베타 붕괴 속도보다 빨라진다. 이로 인해 양성자 적하선까지 핵반응이 진행되어, 방사성 동위원소가 베타 붕괴를 일으키기 전에 양성자를 포획하여 새로운 핵융합 경로를 열게 된다. 이러한 촉매 순환을 고온 CNO 순환이라고 하며, 시간 척도가 베타 붕괴가 아닌 양성자 포획에 의해 제한되기 때문에 베타 제한 CNO 순환이라고도 한다.

고온 CNO 순환에서도 CNO 순환과 마찬가지로, 4개의 수소 원자핵이 1개의 헬륨 원자핵으로 변환된다.

3. 1. 제1HCNO

4. 에너지 생성

CNO 순환은 양성자-양성자 연쇄 반응과 마찬가지로 수소 원자핵 4개가 헬륨 원자핵 1개로 변환되는 과정이다. 이 과정에서 탄소(C), 질소(N), 산소(O)는 촉매 역할을 하며, 순환 과정에서 재생산된다.

CNO 순환 한 주기당 약 25MeV의 에너지가 생성된다. CNO 순환의 한 주기가 완결되는 데 걸리는 시간은 약 3.8 × 10⁸년으로, 양성자-양성자 연쇄 반응의 시간 척도(약 10⁹년)보다 짧다. 따라서 CNO 순환을 주된 에너지원으로 하는 대질량별에서는 단위 시간당 에너지 생성률이 소질량별보다 크다.

CNO 순환은 온도에 매우 민감한 반응이다. CNO 순환의 에너지 생성률은 온도의 15제곱에 비례한다. 따라서 온도가 5% 상승하면 에너지 방출은 약 2.08배 증가한다.

5. 천문학에서의 CNO 순환

CNO 순환 과정에 참여하는 핵의 총 개수는 항성 진화 과정에서 보존되지만, 각 핵의 상대적인 비율은 변화한다. 평형 상태에 도달하면 탄소-12와 탄소-13의 비율은 3.5로 수렴하고, 초기 조성에 관계없이 질소-14가 가장 많은 핵종이 된다. 항성 진화 과정에서 대류 혼합 현상으로 CNO 순환이 일어난 영역의 물질이 항성 내부에서 표면으로 이동하여 관측되는 항성의 조성을 변화시킨다. 적색 거성은 주계열성보다 탄소-12/탄소-13 및 탄소-12/질소-14 비율이 낮게 관측되는데, 이는 CNO 순환이 작동한다는 강력한 증거로 여겨진다.^[21]

참조

_[1] 저널 Experimental evidence of neutrinos produced in the CNO fusion cycle in the Sun 2020-06-25
_[2] 서적 New Light on Dark Stars: Red dwarfs, low-mass stars, brown dwarfs Springer Science & Business Media
_[3] 서적 Evolution of Stars and Stellar Populations https://archive.org/[...] John Wiley and Sons
_[4] 저널 Stellar Nucleosynthesis in the Hyades open cluster
_[5] 저널 Über Elementumwandlungen in Innern der Sterne I
_[6] 저널 Über Elementumwandlungen in Innern der Sterne II
_[7] 저널 Energy Production in Stars
_[8] 저널 Experimental evidence of neutrinos produced in the CNO fusion cycle in the Sun https://www.nature.c[...] 2020-11-25
_[9] 웹사이트 Neutrinos yield first experimental evidence of catalyzed fusion dominant in many stars https://phys.org/new[...]
_[10] 저널 Energy production in stars
_[11] 저널 Nuclear Physics, A: Stationary states of nuclei https://authors.libr[...]
_[12] 저널 Nuclear Physics, B: Nuclear dynamics, theoretical
_[13] 저널 Nuclear Physics, C: Nuclear Dynamics, Experimental
_[14] 잡지 Landmarks: What makes the stars shine? https://physics.aps.[...] 2008-01-23
_[15] 서적 Introductory Nuclear Physics https://archive.org/[...] John Wiley & Sons
_[16] 서적 Principles and Perspectives in Cosmochemistry Springer Science & Business Media
_[17] 웹사이트 The 2003 Atomic Mass Evaluation http://amdc.in2p3.fr[...] Atomic Mass Data Center 2003-11-18
_[18] 저널 First measurement of the ¹⁴N(p,γ)¹⁵O cross section down to 70 keV
_[19] 서적 Die Physik der Sterne und der Sonne Bibliographisches Institut
_[20] 웹사이트 The neon-sodium cycle: Study of the 22Ne(p, γ)23Na reaction at astrophysical energies https://core.ac.uk/d[...]
_[21] 저널 The chemical evolution of the secondary stars in close binaries, arising from common-envelope evolution and nova outbursts 1998-12
_[22] 서적 New light on dark stars: red dwarfs, low-mass stars, brown dwarfs http://books.google.[...] Springer
_[23] 서적 Evolution of stars and stellar populations http://books.google.[...] John Wiley and Sons
_[24] 저널 Stellar Nucleosynthesis in the Hyades Open Cluster
_[25] 저널 Über Elementumwandlungen in Innern der Sterne II
_[26] 저널 Energy Production in Stars
_[27] 서적 Introductory Nuclear Physics https://archive.org/[...] John Wiley & Sons
_[28] 서적 Principles and Perspectives in Cosmochemistry http://books.google.[...] Springer
_[29] 웹인용 The 2003 Atomic Mass Evaluation http://amdc.in2p3.fr[...] Atomic Mass Data Center 2003-11-18
_[30] 저널 First measurement of the ¹⁴N(p,gamma)¹⁵O cross section down to 70 keV
_[31] 서적 Die Physik der Sterne und der Sonne Bibliographisches Institut