Образование звезд

Водород и другие легкие элементы рассеялись во Вселенной и, сгруппировавшись, образовали звезды. Под действием собственной силы тяжести звезды начали постепенно сжиматься, что приводило к повышению температуры. Когда температура в центре каждой из звезд достигла нескольких миллионов градусов, атомы водорода объединились и образовали

атомы гелия, т.е. произошла реакция «горения» ядер. Затем возникли атомы C и других тяжелых элементов. Таким образом, элементарный состав Вселенной определяется ядерными процессами в звездах. Так, температура 10⁸ K возможна внутри звезды с массой равной массе нашего солнца. Внутри солнца постоянно идет процесс ядерных превращений:

₆¹²С + ₁¹H → ₇¹³N + γ

₇¹³N→ ₆¹³C + β ⁺ + ν

₆¹³С + ₁¹H → ₇¹⁴N + γ

₇¹⁴N+ ₁¹H → ₈¹⁵O+ γ

₈¹⁵O→ ₇¹⁵N + β ⁺ + ν

₇¹⁵N+ ₁¹H → ₆¹²C+ ₂⁴He

4₁¹H→ ₂⁴He + 2β ⁺ + 2γ + 2ν

Эти реакции можно представить в виде автокаталитического цикла, известного как углеродный цикл Бете-фон Вайцзекера (рис. 1).

В звездах с большими массами температуры выше и там идут процессы

синтеза более тяжелых элементов. В звездах тяжелее солнца вдвое:

₄⁸Be + ₂⁴He → ₆¹²C

₆¹²C + ₂⁴He → ₈¹⁶O

₈¹⁶O + ₈¹⁶O → ₁₄²⁸Si + ₂⁴He

₈¹⁶O + ₈¹⁶O → ₁₅³¹P +₁¹H

₈¹⁶O + ₈¹⁶O → ₁₆³¹Si + ₀¹n

Звезды с массой 20 солнечных масс способны к синтезу всех элементов, вплоть до железа. Ядра Fe можно считать завершением термоядерных реакций. Железо (№ 26) имеет наиболее стабильное ядро. Каждый шаг ядерного синтеза от гелия до железа освобождает энергию и формирует более устойчивое ядро. С ходом времени количество водорода и гелия во Вселенной уменьшается, тяжелых элементов – возрастает. Ядра всех элементов после железа менее устойчивы, чем исходный материал, и не могут использоваться для образования энергии звезд. Элементы от № 27 (Mg) до № 92 (U) образуются, когда звезда истощает свое ядерное топливо, коллапсирует и взрывается как сверхновая. Ударная волна от взрыва сверхновой производит избыточную энергию, необходимую для синтеза элементов тяжелее железа.

Рис. 1. Углеродный цикл Бете-фон Вайцзекера.