Звездный нуклеосинтез: как звезды образуют все элементы

Звездный нуклеосинтез – это процесс, при котором элементы создаются внутри звезд путем объединения протонов и нейтронов из ядер более легких элементов. Все атомы во Вселенной начинались как водород. Термоядерный синтез внутри звезд превращает водород в гелий, тепло и излучение. Более тяжелые элементы создаются в разных типах звезд, когда они умирают или взрываются.

История теории

Идея, что звезды сплавить вместе атомы легких элементов был впервые предложен в 1920-х годах твердым сторонником Эйнштейна Артуром Эддингтоном. Тем не менее, настоящая заслуга в превращении ее в последовательную теорию принадлежит работе Фреда Хойла после Второй мировой войны. Теория Хойла содержала некоторые существенные отличия от текущей теории, в первую очередь то, что он не верил в теорию большого взрыва, а вместо этого в нашей Вселенной постоянно создавался водород. (Эта альтернативная теория была названа теорией устойчивого состояния и потеряла популярность, когда было обнаружено космическое микроволновое фоновое излучение.)

Ранние звезды

Самый простой тип атома во Вселенной – это атом водорода, который содержит единственный протон в ядре (возможно, с некоторыми нейтронами), а электроны вращаются вокруг этого ядра. В настоящее время считается, что эти протоны образовались, когда кварк-глюонная плазма очень ранней Вселенной потеряла достаточно энергии, чтобы кварки начали связываться друг с другом, образуя протоны (и другие адроны, такие как нейтроны). . Водород образовался практически мгновенно, и даже гелий (с ядрами, содержащими 2 протона) образовался в относительно коротком порядке (часть процесса, называемого нуклеосинтезом Большого взрыва).

Когда этот водород и гелий начали образовываться в ранней Вселенной, в некоторых областях они были плотнее, чем в других. Гравитация взяла верх, и в конце концов эти атомы были стянуты в массивные газовые облака на просторах космоса. Как только эти облака стали достаточно большими, они были стянуты вместе гравитацией с достаточной силой, чтобы фактически заставить атомные ядра слиться в процессе, называемом ядерным синтезом. В результате этого процесса слияния два однопротонных атома теперь образовали один двухпротонный атом. Другими словами, два атома водорода начали один единственный атом гелия. Энергия, выделяемая во время этого процесса, заставляет солнце (или любую другую звезду, если на то пошло) гореть.

Горение занимает около 10 миллионов лет. через водород, а затем все нагревается, и гелий начинает плавиться. Звездный нуклеосинтез продолжает создавать все более и более тяжелые элементы, пока вы не получите железо.

Создание более тяжелых элементов

Горение гелий производит более тяжелые элементы, затем продолжается около 1 миллиона лет. В основном, он сливается с углеродом в процессе тройного альфа-процесса, в котором три ядра гелия-4 (альфа-частицы) преобразуются.. Затем альфа-процесс объединяет гелий с углеродом для производства более тяжелых элементов, но только с четным числом протонов. Комбинации идут в следующем порядке:

  1. Углерод плюс гелий производит кислород.
  2. Кислород плюс гелий производит неон .
  3. Неон плюс гелий производит магний.
  4. Магний плюс гелий производит кремний.
  5. Кремний плюс гелий производит серу.
  6. Сера плюс гелий производит аргон.
  7. Аргон плюс гелий производит кальций.
  8. Кальций плюс гелий производит титан.
  9. Титан плюс гелий производит хром.
  10. Хром плюс гелий производит железо.

Другие пути синтеза создают элементы с нечетные числа протонов. Железо имеет настолько плотно связанное ядро, что по достижении этой точки дальнейшего синтеза не происходит. Без тепла термоядерного синтеза звезда схлопывается и взрывается ударной волной.

Физик Лоуренс Краусс отмечает, что углероду требуется 100000 лет, чтобы сгореть до кислорода, 10000 лет, чтобы кислород сгорел до кремния, и один день, чтобы кремний сгорел до железа и возвещал о коллапсе звезды.

Астроном Карл Саган в В сериале «Космос» отмечалось: «Мы сделаны из звезд». Краусс согласился, заявив, что «каждый атом в вашем теле когда-то находился внутри звезды, которая взорвалась … Атомы в вашей левой руке, вероятно, пришли от другой звезды, чем в вашей правой руке, потому что 200 миллионов звезд взорвались и образовали атомы. в вашем теле ».

Оцените статью
recture.ru
Добавить комментарий