ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Вспышки Сверхновых звезд и процесс быстрого присоединения нейтронов из "Образование химических элементов в космических телах" После обнаружения этого очень интересного факта возникла идея о том, не может ли процесс быстрого присоединения нейтронов протекать в условиях звезд, особенно при их вспышках. На помощь вновь пришли данные астрофизиков. Наблюдения над вспышкой Сверхновой в спиральной туманности NG 4725 в 1940 г. показали, что ее светимость в течение примерно 600 дней спадала по экспоненциальному закону с периодом полураспада 55 дней, хотя большая часть энергии испускалась в первые пять дней (рис. 44). Затем по истечении 600 дней светимость в продолжение многих лет изменялась незначительно. В настоящее время установлено, что общая энергия, выделяемая при вспышках Сверхновых звезд такого типа, составляет 10 эрг. Однако основная часть этой энергии выделяется в первые дни. Энергия, обусловленная экспоненциальным уменьшением светимости, равна 10 эрг. [c.132] Наблюдаемая распространенность этих изотопов не противоречит возможности образования при спонтанном делении PS , синтезированного при вспышки Сверхновых. [c.134] В настоящее время еще окончательно не решен вопрос о природе ядерных реакций, которые приводят к вспышкам Сверхновых звезд. Один из вариантов теорий вспышки Сверхновой можно представить следующим образом. Рассмотренные выше равновесные процессы, приводящие к синтезу элементов группы железа, являются, как правило, экзотермическими. Так как равновесные реакции протекают за очень короткое время, то и тепло, выделяемое в них, может очень быстро увеличить температуру вещества промежуточного слоя, которое состоит из легких элементов. В этом слое протекают термоядерные процессы типа углеродно-азотного и натриево-неонового циклов. [c.134] При резком повышении температуры возрастает, как мы уже указывали, и скорость ядерных реакций, а мгновенное выделение огромного количества энергии в этих реакциях может привести к взрыву оболочки звезды или вспышке Сверхновой, подобно вспышке Новых звезд, только более мощного масштаба. [c.134] Повышение интенсивности термоядерных реакций может повлечь за собой появление интенсивного потока нейтронов за счет реакций Ые (а, Эта реакция при температуре свыше миллиарда градусов протекает в течение 1 сек. Мощность нейтронных потоков будет зависеть только от количества ядер N6 . Были произведены расчеты, в которых предполагалось, что содержание ядер водорода, гелия, углерода, азота, кислорода и неона в оболочке звезды перед взрывом примерно одинаково, а содержание ядер железа в 1000 раз меньше. Оказалось, что при этих условиях число нейтронов должно в сотни раз превышать количество атомов железа. Следует отметить, что сечение реакции (я, у) на изотопах железа и более тяжелых элементов значительно превышает сечения аналогичных реакций на ядрах более легких элементов, за исключением для которого сечение (я, у)-реакции велико. В связи с этим создаются благоприятные уело- БИЯ для быстрого последовательного присоединения ядром Ре большого числа нейтронов. [c.135] Наличие таких защищенных изотопов в веществе Земли и метеоритов свидетельствует о протекании медленных процессов захвата нейтронов. [c.136] Было рассчитано содержание всех ядер, возникших при быстром захвате нейтронов ядром Ре . В расчетах учитывалось возможное изменение температуры взрыва звезды в интервале от 1,45 10 до 0,8 10 град, число нейтронов принималось равным 10 см /сек. Учитывалось также изменение энергии связи нейтронов для ядер с N = 50, 82, 126 и 152, на которое мы ранее уже обращали внимание. При вычислении распространенностей содержание изотопа Те 2 в смеси принималось равным его космической распространенности—1,48 (атомная распространенность кремния 10 ). Рассчитанная распространенность изотопов с массовыми числами от 71 до 265, образовавшихся при быстром захвате нейтронов ядром Ре , показана в виде кривой на рис. 45. В общем наблюдается вполне удовлетворительное согласие рассчитанных значений и средней космической распространенности этих же ядер. Это еще раз подтверждает, что процесс быстрого захвата нейтронов должен играть весьма существенную роль в образовании изотопов тяжелых элементов. [c.136] Можно даже оценить время, когда произошел взрыв звезды, из вещества которой впоследствии образовались наша Земля и метеориты. Такими космохимическими часами являются изотопы урана и Зная сечение захвата нейтронов этими изотопами и их периоды полураспада, можно по уравнению (12) рассчитать, какое количество этих ядер соответствовало взрыву. Учитывая их относительную современную распространенность, мы можем узнать число уже распавшихся ядер со времени их образования и, таким образом, подойти к оценке этого времени. Оно оказалось равным около 7 млрд. лет. Существуют также калиевые часы. Они должны показывать время, которое прошло с тех пор, когда вещество Земли и метеоритов варилось в термоядерном котле. К сожалению, сейчас мы еще не знаем величин сечений захвата нейтронов изотопов К и по относительному содержанию которых можно было бы оценить это время. [c.138] Сейчас пока еще нет сведений о распространенности различных элементов в Сверхновых звездах перед их взрывом. Со времени постройки мощных телескопов в нашей Галактике не удалось еще зафиксировать ни одной вспышки Сверхновых звезд, а получать сведения о химическом составе таких звезд, вспыхнувших в далеких галактиках, очень трудно. Имеются только спектральные данные о составе Крабовидной туманности, которая, как уже указывалось, является остатком после взрыва Сверхновой в 1054 г. Обнаружены четкие линии кислорода, неона, гелия и очень слабые линии водорода. [c.138] В настоящее время еще окончательно не решен вопрос об источнике нейтронов для процесса быстрого захвата. В принципе, по-видимому, может быть несколько таких источников. Это обусловлено тем, что существует множество путей эволюции звезд, которые зависят от их массы, строения и характера ядерных реакций, скорости перемешивания и выброса вещества звезды. Мы только описали один из вариантов нуте звездной эволюции. В различных ее вариантах могут появиться и другие источники нейтронов. Однако основной путь синтеза химических элементов, вероятно, остается при раапичных вариантах звездной эволюции одинаковым. В общем виде он может быть изображен следующим образом Н - Не- С, 1 е, Отяжелые элементы. [c.139] Мы уже указывали, что при вспышке Сверхновой часть вещества звезды выбрасывается в космическое пространство. В нем содержание тяжелых элементов больше, чем в веществе, из которого она образовалась. Так как из выброшенного вещества могут образоваться новые звезды, то в них содержание тяжелых элементов будет больше, чем у звезд предыдущего поколения. Поэтому мы й наблюдаем, что у самых молодых, сравнительно недавно образовавшихся звезд содержание тяжелых элементов максимально. С каждым новым циклом туманность звезда туманность звездал звезды все более обогащаются тяжелыми элементами. [c.139] Таковы в самых общих чертах основные положения современной теории синтеза химических элементов, которая, безусловно, находится на правильном пути. Она исходит из положений, что химические элементы образуются на всех стадиях эволюции звезд в разнообразных ядерных процессах термоядерных реакциях синтеза гелия из ядер водорода в их различных вариантах, реакциях присоединения ядер гелия, слияния ядер углерода, медленных и быстрых процессах присоединения нейтронов и, наконец, быстрых равновесных процессах. Каждому состоянию звезды соответствуют определенные ядерные процессы синтеза элементов, и, наоборот, когда заканчивается стадия того или иного ядерного процесса, звезда переходит в качественно новое состояние. Таким образом, эволюция звезды и синтез элементов — два взаимосвязанных и взаимообусловленных процесса. [c.140] Безусловно, в описанной выше теории синтеза элементов в звездах еще есть неясные места, многие ее положения недостаточно обоснованы. Однако дальнейшее развитие техники осуществления ядерных реакций в лабораторных условиях и усовершенствование телескопов принесут много новых данных о ядерных реакциях, приводящих к синтезу элементов, что позволит еще глубже проникнуть в тайну рождения ядер химических элементов. [c.140] В последней главе мы рассмотрим вопрос о том, какие изменения претерпевают атомы химических элементов, выброшенные в виде туманностей при вспышках Сверхновых и Новых звезд, а также оставшихся в веществе белых карликов. Мы покажем, что судьба их различна. [c.140] Чем глубже проникает человек в тайны природы, тем больше он познает взаимосвязь и сложность ее явлений. Уже теперь стало ясно, что нельзя рассматривать историю развития какого-нибудь космического тела вне связи с другими телами. Тем более невозможно изучать эволюцию химических элементов, рожденных в недрах гигантских звезд и при мош ных вспышках Сверхновых, в отрыве от эволюции тех космических тел, в состав которых они входят. [c.141] В этой, последней главе мы попытаемся рассмотреть эволюцию атомов химических элементов, которые выбрасываются при вспышке Сверхновых звезд. Следует отметить, что по этому вопросу еш е очень мало данных. Однако благодаря усилиям ученых, работающих в различных областях знаний, с каждым годом мы получаем все больше доказательств того, что атомы претерпевают различные превращения даже в таких космических телах, в которых не протекают интенсивные ядерные процессы. [c.141] Вернуться к основной статье