Техника - молодёжи 1960-05, страница 10

ды. казалось бы. должна быть гораздо ниже, чем у Солнца. Следователь но. она недостаточна даже для ядерных реакций водорода. Но если это так. то совершенно не понятно, откуда берется энергия у таких звезд. Вопрос этот оставался без ответа до тех пор. пока не стали исследовать более внимательно. как должна проходить эволюция звезд, то есть развитие их с течением времени.

В недрах звезды, вблизи от ее центра, происходит превращение водорода в гелий. Чем больше звезда. — точнее говоря, чем больше ее масса, — тем быстрее осуществляется это превращение. В очень больших звездах за несколько десятков миллионов лет весь водород около центра должен «выгореть» —превратиться в гелий. Звезда, претерпевшая такую эволюцию, должна состоять из выгоревшего ядра, в котором содержится только гелий, и водородной оболочки. Теперь ядерные реакции с участием водорода будут пооис-ходить лишь в тонком слое вблизи от поверхности выгоревшего ядра. Такая структура звезды носит название гетерогенной (то есть неоднородной), потому что внутри нее имеется ядро, отличающееся от оболочки по химическому составу, молекулярному весу, плотности и т. д.

В дальнейшем ходе эволюции оболочка такой звезды должна расширяться, а ядро сжиматься. При этом размеры звезды будут увеличиваться, а в ее ядре разовьются температуры в десятки раз более высокие, чем в тот период, когда звезда имела гомогенную структуру.

Расчет эволюции такой звезды с выгоревшим водородным ядром показал, что вследствие сжатия в ядре сравнительно легко развиваются температуры порядка 150 млн. градусов. А при этих температурах должна происходить ядерная реакция слияния трех ядер гелия в ядро углерода с атомным весом 12.

В дальнейшем, по мере сжатия ядра и повышения температуры внутри него, происходят следующие реакции так называемого гелиевого цикла: ядро углерода присоединяет к себе еще ядро гелия, образуя при этом кислород; присоединение к кислороду еще одного ядра гелия должно привести к образованию неона. Можно предположить, что в ходе термоядерных реакций, протекающих в ядрах звезд-гигантов, могут образовываться элементы вплоть до кальция.

и более тяжелых ядрах говорить не приходится, так как для их образования путем термоядерных реакций необходимы совершенно немыслимые температуры (миллиарды градусов), которые едва ли могут быть достигнуты внутри стационарной звезды.

Поэтому можно считать совершенно несомненным, что для образования наиболее тяжелых ядер необходимы не только высокие температуры, но и присутствие нейтронов. Между тем ядерные реакции в звездах, которые мы до сих пор рассматривали, не дают свободных нейтронов, и было неясно, откуда они могли бы получиться. Таким образом, перед наукой о происхождении элементов встали две задачи. Сперва выяснить, откуда могут в звездах появляться нейтроны и каким образом могут образоваться атомные ядра всех элементов вплоть до самых тяжелых. Затем определить, где находятся звезды, в которых происходит процесс образования химических элементов, или, образно говоря, отыскать во вселенной «фабрики» химических элементов.

ВОПРОС: Расскажите, пожалуйста. об источниках нейтронов в звездах.

ОТВЕТ: Не входя в детали этого сложного специального вопроса, попробуем вкратце объяснить идею образования нейтронов в звездах.

В некоторых атомах, например бериллия, нейтроны сравнительно слабо связаны с ядром. В чем причина этого явления? Ядро бериллия можно представить как два ядра гелия и один лишний нейтрон, который находится как бы на поверхности ядра. Все ядра такого рода, имеющие один лишний нейтрон сверх системы, состоящей из ядер гелия, могут легко этот нейтрон выбрасывать.

В выгоревших ядрах звезд-гиган-тов атомы гелия, соединяясь друг с другом, дают элементы с атомным весом, кратным 4. Эти элементы, согласно теории, находятся внутри вы-

На схеме показано соотношение между количествами рамных веществ, наиболее распространенных во вселенной.

горевшего ядра звезды, и обнаружить их мы никаким образом не можем. Если в это выгоревшее ядро звезды почему-либо попадает водород. то произойдет цепочка реакций. В результате ее из обычного углерода С¹² получится изотоп С¹³, ядро которого содержит уже слабо связанный с ним нейтрон. В дальнейшем если С¹³ будет реагировать с гелием — Не⁴, то получится кислород — 0^,в и свободный нейтрон.

Таким образом, внутри выгоревшего ядра звезды могут получаться нейтроны, которые, присоединяясь к разным атомным ядрам, будут способствовать образованию все более и более тяжелых изотопов, а после радиоактивного распада — и следующих элементов. Так можно объяснить образование все* элементов вплоть до неустойчивых, и не только тех. которые встречаются в природе в земных условиях, но и получаемых искусственно.

ВОПРОС: Где находятся «фабрики» химических элементов?

ОТВЕТ: Первой «фабрикой» такого рода являются выгоревшие ядра звезд-гигантов. Но чтобы объяснить образование всех атомных ядер, нужно предположить, что. кроме того, существуют такие стадии развития звезд, когда ядерные реакции протекают чрезвычайно быстро и сопровождаются выделением громадного количества нейтронов

Существуют так называемые новые и сверхновые звезды. Когда-то казалось, что на месте, где до этого ничего не было, вдруг вспыхнула звезда. В настоящее время известно, что это явление — результат звездного взрыва: существовавшая на этом месте слабая, невидимая простым глазом звезда внезапно вспыхивает ярким светом и начинает выделять колоссальное количество энергии. Особенно много энергии выделяется при вспышке сверхновой. В течение нескольких месяцев такая звезда светит столь ярко, что не уступает по светимости всей галактике или приблизительно 100 млрд. звезд.

Выделение такого колоссального количества энергии едва ли можно объяснить чем-либо иным, кроме ядерного взрыва, подобного взрыву водородной бомбы, только мощнее его в миллиарды миллиардов раз.

Возникла гипотеза, согласно которой после вспышки сверхновой звезды выделение энергии в течение длительного времени происходит за счет радиоактивного распада какого-то вещества.

Что же это за вещество? Зная, как изменяется со временем количество энергии, испускаемое этим неизвестным веществом, физики смогли определить его период полураспада, то есть время, в течение которого в 2 ра-

Рис. И. КАЛЕДИНА

ШЗ ШЗ п Ш2

Л Л о

УГЛЕРОД КИСЛОРОД НЕОН МАГНИЙ КРЕМНИЙ ЖЕЛЕЗО

ЛИТИИ БЕРИЛЛИЙ БОР