탄소 핵융합(炭素核融合, 영어: Carbon fusion)은 질량이 태양의 7배 이상의 항성에서 일어나는 핵융합 반응이다. 온도는 5억K이상이며, 밀도는 3톤/cm^3의 중심부에서 일어난다.
과정[편집 | 원본 편집]
탄소 핵융합은 이렇게 일어난다.
- 12C + 12C → 20Ne + 4He + 4.617 MeV
- 12C + 12C → 24Mg + 13.933 MeV
- 12C + 12C → 16O + 4He + 4He - 0.113 MeV
- 12C + 12C → 23Na + 1H + 2.241 MeV
- 12C + 12C → 23Mg + 1n - 2.599 MeV
탄소 핵융합 때는 산소와 네온, 소듐, 마그네슘이 대량 생성된다.
밀도가 높고 주위의 핵융합도 많이 일어나므로 별의 내부는 뜨겁고 에너지가 넘쳐나기에, 에너지를 흡수하여 일어나는 흡열반응도 많이 일어난다.
별의 탄소 핵융합[편집 | 원본 편집]
탄소 핵융합은 밀도가 매우 높기 때문에 굉장히 빨리 일어난다.
태양 질량의 7배의 항성의 경우 탄소 핵융합은 불과 3만 년간 일어나며 태양 질량의 120배의 별의 경우 탄소핵융합 기간은 불과 320년만에 중심핵에 있는 탄소를 태우게 된다.
태양 질량의 5배가 넘어가는 항성은 헬륨을 태운 후 엄청나게 부풀어서 적색초거성이 된다.
하지만 태양 질량의 5~7배 사이의 별들은 적색초거성 단계에서 질량 방출을 통해 질량을 다 소진하게 되어 탄소핵융합을 실패하게 된다. 태양 질량의 7배 이상이 되어야 탄소를 태울 수 있는데, 탄소 핵융합 기간에는 내부의 핵반응으로 인해 엄청난 핵반응과 중심핵 바깥부분도 여전히 뜨거우므로 헬륨과 수소도 동시에 핵반응을 일으켜 별은 초거성 상태를 유지하면서 탄소를 태우게 되며, 동시에 엄청난 질량 방출도 한다.
헬륨 핵융합 때는 그래도 제 2 주계열 단계라는 별칭이 붙을 수 있는 만큼 안정된 상태지만, 탄소 핵융합은 그렇지 않다. 내부가 굉장히 뜨거우므로 핵반응은 격렬하므로 별은 부풀고 다량의 질량을 계속 방출하게 된다.
따라서 태양 질량의 7~8배 이하의 별은 탄소핵융합을 태우고 이후 자신의 질량이 많이 방출된 상태에서 다시 초거성으로 부풀고 추가로 대량 질량 방출을 통해 결국 자신의 질량을 모두 날리고 중심부에는 마그네슘, 산소, 네온 등으로 이루어진 백색왜성을 남기게 된다. 다만 태양 질량의 8배 이상이 되면 자신의 질량을 어느 정도 남길 수 있는 상태가 되므로 네온을 태울 수 있으며, 태양 질량의 9배 이상이 되면 산소를 태워서 규소와 마그네슘, 황을 생성할 수 있게 된다.