Звёздный нуклеосинтез

Внутреннее строение красного гиганта демонстрирует процессы нуклеосинтеза
Таблица происхождения атомов элементов

Звёздный нуклеосинтез — собирательное понятие для описания термоядерных реакций в звёздах. Он является основным источником энергии звёзд, а также благодаря ему во Вселенной возникают элементы тяжелее лития.

Ядерные процессы
Радиоактивный распад

Нуклеосинтез

История открытияПравить

Первые теории звёздной эволюции предполагали, что звёзды светят за счёт гравитационного сжатия. Однако, эта модель быстро показала свою несостоятельность: в таком случае возраст Солнца должен был составлять не более 100 миллионов лет, что входило в противоречие с данными биологов и геологов[1]. В 1920 году Артур Эддингтон высказал предположение, что в звёздах происходит синтез гелия из водорода, за счёт чего и выделяется энергия[2][3], однако это был лишь первый шаг к объяснению источника энергии звёзд.

В 1928 году Георгий Гамов открыл фактор Гамова — формулу, описывающую вероятность того, что два ядра преодолеют кулоновский барьер, и, следовательно, произойдёт слияние ядер. В дальнейшем эта формула использовалась для рассчёта темпа реакций в недрах звёзд.

В 1939 году Ханс Бете проанализировал, в каких реакциях может синтезироваться гелий из водорода. Он определил, что наиболее эффективны два процесса: протон-протонный цикл, который доминирует в маломассивных звёздах, и CNO-цикл (открытый Карлом Вайцзеккером в 1938, независимо от Бете), который играет наибольшую роль для звёзд тяжелее 1,5 солнечных масс[4]. Полное физическое описание CNO-цикла, однако, появилось только в 1968 году[5].

В 1946 году Фред Хойл предположил, что могут синтезироваться и более тяжёлые ядра, вплоть до железа и никеля[6], а в 1954 описал в своей работе, как именно они образуются[7]

Маргерит Бербидж, Джефри Бербидж, Уильям Фаулер и Фред Хойл в 1957 году расширили и доработали эту теорию и создали довольно точное объяснение количеству разных химических элементов во Вселенной[8][9].

В дальнейшем эта теория продолжила улучшаться: например, были открыты s-процесс и r-процесс, которые объяснили происхождение элементов тяжелее железа[10][11][12].

Основные процессыПравить

К процессам звёздного нуклеосинтеза относятся:

ПримечанияПравить

  1. Энн Руни. История астрономии. — С. 119. — ISBN 978-5-9950-0834-7.
  2. Eddington, A. S. The Internal Constitution of the Stars (англ.) // The Scientific Monthly (англ.) : magazine. — 1920. — October (vol. 11, no. 4). — P. 297—303. — Bibcode1920SciMo..11..297E.
  3. Eddington, A. S. The Internal Constitution of the Stars (англ.) // Nature. — 1920. — Vol. 106, no. 2653. — P. 14. — doi:10.1038/106014a0. — Bibcode1920Natur.106...14E.
  4. Bethe, H. A. Energy Production in Stars (англ.) // Physical Review : journal. — 1939. — Vol. 55, no. 5. — P. 434—456. — doi:10.1103/PhysRev.55.434. — Bibcode1939PhRv...55..434B.
  5. Clayton, D. D. Principles of Stellar Evolution and Nucleosynthesis (англ.). — University of Chicago Press (англ.), 1968.
  6. Hoyle, F. The synthesis of the elements from hydrogen (англ.) // Monthly Notices of the Royal Astronomical Society : journal. — Oxford University Press, 1946. — Vol. 106, no. 5. — P. 343—383. — doi:10.1093/mnras/106.5.343. — Bibcode1946MNRAS.106..343H.
  7. Hoyle, F. On Nuclear Reactions Occurring in Very Hot STARS. I. The Synthesis of Elements from Carbon to Nickel (англ.) // The Astrophysical Journal : journal. — IOP Publishing, 1954. — Vol. 1. — P. 121. — doi:10.1086/190005. — Bibcode1954ApJS....1..121H.
  8. B2FH paper: Burbidge, E. Margaret; Burbidge, G. R.; Fowler, William A.; Hoyle, F. (1957). «Synthesis of the Elements in Stars». Reviews of Modern Physics. 29 (4): 547—650. Bibcode:1957RvMP…29..547B. doi:10.1103/RevModPhys.29.547
  9. Burbidge, E. M.; Burbidge, G. R.; Fowler, W.A.; Hoyle, F. Synthesis of the Elements in Stars (англ.) // Reviews of Modern Physics : journal. — 1957. — Vol. 29, no. 4. — P. 547—650. — doi:10.1103/RevModPhys.29.547. — Bibcode1957RvMP...29..547B.
  10. Cameron, A. G. W. (1957), Stellar Evolution, Nuclear Astrophysics, and Nucleogenesis, Atomic Energy of Canada, Report CRL-41, <https://fas.org/sgp/eprint/CRL-41.pdf> 
  11. Clayton, D. D.; Fowler, W. A.; Hull, T. E.; Zimmerman, B. A. Neutron capture chains in heavy element synthesis (англ.) // Annals of Physics (англ.) : journal. — 1961. — Vol. 12, no. 3. — P. 331—408. — doi:10.1016/0003-4916(61)90067-7. — Bibcode1961AnPhy..12..331C.
  12. Seeger, P. A.; Fowler, W. A.; Clayton, D. D. Nucleosynthesis of Heavy Elements by Neutron Capture (англ.) // The Astrophysical Journal : journal. — IOP Publishing, 1965. — Vol. 11. — P. 121—126. — doi:10.1086/190111. — Bibcode1965ApJS...11..121S.

ЛитератураПравить

СсылкиПравить