Эволюция элементов во Вселенной

Июль 3rd, 2012

Эволюция элементов во Вселенной

Хотя, по-видимому, идея непрерывного возникновения новой материи должна быть отброшена, концепция образования элементов из водорода в результате ядерных реакций в недрах звезд получила широкое признание и распространение и хорошо согласовалась с более старыми теориями допускавшими, что энергия звезд образуется за счет ядерных реакций.

По мнению большинства астрофизиков, звезды образовались путем постепенного уплотнения больших газопылевых облаков, состоящих из холодных легких элементов, преимущественно водорода. Из таких облаков сначала образовались крупные, диффузные протозвезды, продолжавшие уплотняться под действием собственных гравитационных сил; при этом их центральная область все больше и больше разогревалась. По мере возрастания температуры увеличивалось число ионизованных атомов, вследствие чего увеличилась частота и сила столкновений между оголенными атомами водорода, т. е. протонами.

При еще более высоких температурах и в присутствии ядра активируется другой процесс образования гелия из водорода. В данном случае реакции протекают интенсивнее и сопровождаются более быстрым выделением энергии, чем только что описанная протонная реакция. Этот цикл, названный углеродно-азотным, впервые описан Бете. Цикл довольно сложен и представляет собой цепочку 6 реакций, в процессе которых четыре протона захватываются ядром углерода, в результате чего возникает ядро гелия и вновь образуется ядро углерода, выполняющее, следовательно, в этом процессе только роль многократно используемого катализатора.
В звездах с небольшой массой, по-видимому, преобладает протон-протонная реакция, генерирующая большую часть энергии. Однако еще неясно, который из двух путей превращения водорода преобладает на Солнце, хотя температура Солнца более благоприятна для протон-протонной реакции.

Эволюция элементов во Вселенной

Превращение протонов в а-частицы сопровождается выделением больших количеств энергии. В современном Солнце каждую секунду реагируют 600 млн. т водорода с образованием гелия. Масса образованного гелия составляет 99,34% массы исходного вещества. Масса 4 млн. т вещества, исчезающего каждую секунду, превращается в энергию, которая постепенно выделяется с солнечной поверхности посредством непрерывного излучения.

Количество энергии, образованной в звездах за счет ядерных реакций, гораздо больше количества энергии, генерируемой при гравитационном сжатии. В самом деле, если источник ядерной энергии достаточен для поддержания солнечного излучения в течение миллиардов лет, то гравитационной энергии хватило бы только на 50 млн. лет, что составляет приблизительно 1% продолжительности жизни Солнца. В процессе образования гелия температура внутри массивной звезды может превысить 108°С. При такой температуре ядра гелия и водорода сливаются, образуя новые ядра, главным образом ядра углерода, кислорода и неона. При температуре 109 °С образуются ядра магния, кремния, серы, аргона и кальция, а при еще более высоких температурах появляются ядра железа, никеля и других металлов, причем в этом ряду реакций выделяется все меньше энергии. Образование еще более тяжелых элементов сопровождается уже поглощением энергии, а не ее освобождением.

Вследствие незначительной скорости их образования вещество внутри звезды существенно не охлаждается. В этой главе отмечены лишь некоторые основные черты тех ядерных реакций, которые приводят к образованию элементов более тяжелых, чем гелий.

Категория: Вселенная
Поделитесь с друзьями

Комментарии