Взрывной нуклеосинтез — нуклеосинтез , происходящий в звёздах , потерявших гидростатическое равновесие : например, при взрывах сверхновых . Считается, что в процессах взрывного нуклеосинтеза, хотя бы частично, образуются все химические элементы от углерода до железа , а также некоторые элементы тяжелее железа .

Массивные звёзды, пока находятся в гидростатическом равновесии, могут синтезировать в своём ядре углерод и более тяжёлые элементы вплоть до железа по массе. Однако, подавляющее большинство ядер, которые синтезируются, имеют чётное зарядовое число и массовое число , кратное 4, так как все они синтезируются с участием ядер ${\displaystyle _{2}^{4}{\text{He}}}$ ( альфа-частиц ) .

До развития теории взрывного нуклеосинтеза, неясным считалось происхождение ядер значительно тяжелее ⁵⁶ Fe, поскольку в ходе обычных ядерных реакций они успевают распадаться с выделением энергии. Однако в реальности существуют энергетически невыгодные ядра вплоть до трансурановых. Лишь исследование эволюции звёзд дало объяснение этому: в ходе коллапса звёзд , когда выбрасывается огромное количество нейтронов , происходят множественные захваты их сравнительно лёгкими ядрами в разлетающейся оболочке звезды. Таким образом, образуются ядра с избытком нейтронов, претерпевающих потом бета-распады с увеличением порядкового номера ядра . Кроме процесса коллапса сверхновых , как полагают, взрывной нуклеосинтез может происходить и в ходе слияния нейтронных звёзд .

Из-за того, что значительное количество вещества выбрасывается в межзвёздную среду при взрывах сверхновых, молодые звёзды формируются уже из более богатого тяжёлыми элементами вещества, и, как правило, сами имеют их в большем количестве .

История открытия

Изначально считалось, что тяжелые элементы сформировались в основном при возникновении Вселенной, но в 1946 году Фред Хойл выдвинул гипотезу о том, что элементы тяжелее гелия синтезируются в ядрах массивных звёзд . Однако, в те времена про сверхновые было известно немного, и Хойл предполагал, что вещество выбрасывается в межзвёздную среду из-за слишком быстрого вращения звёзд. В 1954 году Хойл улучшил свою теорию, и она позволила объяснить, откуда взялось вещество от углерода до никеля в таком количестве, в котором оно наблюдается. Хойл описал реакции более подробно, а также предсказал, что при гравитационных коллапсах ядер массивных звёзд там происходит синтез более тяжёлых элементов, которые при этом выбрасываются в космос .

В 1957 году Маргерит Бербидж , Джефри Бербидж , Уильям Фаулер и Фред Хойл еще лучше доработали эту теорию и получили довольно точное объяснение количеству разных химических элементов во Вселенной. Их статья стала очень цитируемой и в англоязычной литературе известна как «статья B ² FH», по первым буквам фамилий авторов .

В 1970 году Уильям Арнетт с коллегами показал, что в результате коллапса ядра его температура резко возрастает, в нём возникает ударная волна , и в таких условиях ядра с другими массовыми и зарядовыми числами синтезируются гораздо эффективнее .

Примечания

Ссылки

• Burbidge, E. M.; Burbidge, G. R.; Fowler, W.A.; Hoyle, F. (англ.) // Reviews of Modern Physics . — 1957. — Vol. 29 , no. 4 . — P. 547—650 . — doi : . — Bibcode : .
• Clayton, D. Handbook of isotopes in the cosmos. — Cambridge University Press , 2003. — ISBN 978-0-521-82381-4 .
• Gonzalez, G.; Brownlee, D.; Ward, P. The Galactic Habitable Zone: Galactic Chemical Evolution (англ.) // Icarus : journal. — 2001. — Vol. 152 , no. 1 . — P. 185—200 . — doi : . — Bibcode : . — arXiv : .