Skip to content Skip to footer

Почему химические элементы появились во вселенной? Звёзды так сошлись. Дмитрию Ивановичу Менделееву просто повезло. Если бы не звёзды, ничего бы у него с Периодической таблицей не вышло. Да и его самого бы не было.

Касается это, впрочем, не всех элементов. Водород, гелий (вчетверо меньше, чем сейчас), литий, бериллий, бор (в следовых количествах) — были с самого начала. Для персон, хронически не понимающих, откуда учёным доподлинно известно, что было во времена, когда их самих ещё не было, напомню что скорость распространения света ограничена. А значит, объекты удалённые от нас на миллиард световых лет видимы такими, какими они были миллиард лет назад. Непосредственно наблюдать прошлое вселенной можно уже с момента, когда она становится прозрачной для света. Сам же свет учёные умеют подвергать спектральному анализу, позволяющему установить, что именно светит. В самый первый момент светили водород и далее до бора включительно. Сами по себе светили. Звёзд тогда ещё не имелось. Но хорош был бы Менделеев с таблицей из пяти пунктов…

Для появления таблицы, кстати, нужны не всякие звёзды. Только большие. Мелкие — бурые, красные, оранжевые карлики массой до половины солнечной — предусмотрены во вселенной лишь выставления клоунами людей, хронически уверенных, что рост энтропии означает снижение сложности и увеличение беспорядка. Поскольку даже в таких звёздах происходит синтез гелия из водорода, и вещество, по мере рассеяния энергии, усложняется. Но ничего, кроме морального удовлетворения, существование карликов, составляющих 99.5% звёздного населения, вселенной не приносит. Они рассчитаны на 50-200 миллиардов лет непрерывной эксплуатации, да и потом не взорвутся. Так что, наработанный гелий в них и останется.

Звёзды среднего калибра — от 0.5 до 12 солнечных масс — выгорают сравнительно быстро. После того, как в их ядрах заканчивается водород, возобновившийся гравитационный коллапс приводит к нарастанию давления до уровня, при котором начинаются реакции синтеза с участием гелия. Перенести это событие относительно лёгкая звезда не может. Она раздувается, превращаясь в красный гигант. После его половина её массы вытекает из гравитационной ямы и рассеивается. Так в состав галактического газа возвращается часть водорода, уже основательно обогащённого гелием и продуктами горения гелия — главным образом, кислородом и в меньшей степени углеродом.

В незначительных количествах в выбросах звёзд средней массы присутствуют, однако, и более тяжёлые, чем кислород элементы. Ведь, например, родившийся в результате слияния четырёх альфа-частиц (ядер гелия) кислород способен захватить и пятую, превратившись в неон. Если же ему не повезёт, альфа окажется битая, и захватит он гелий-3, получится фтор. Неон также может превратиться в магний, магний в кремний, кремний в серу. Но дальше серы дело в «средневесах» уже точно не идёт, да и общее количество элементов тяжелее гелия в их выбросах ничтожно. Углерод и кислород практически полностью остаются в остывающем ядре звезды — белом карлике.

Но могут и не остаться. Если в двойной системе достаточно массивный белый карлик захватит дополнительную порцию газа при рассеянии второго компонента системы (а звёзды как правило бывают кратными и вероятность такого события очень высока), произойдёт «углеродная детонация», и карлик взорвётся, как сверхновая I типа. В этом случае он рассеивается полностью. Продуктом же синтеза с участием кислорода и углерода является в основном кремний. Это очень эффективный механизм обогащения галактического газа тяжёлыми элементами. Благодаря ему именно кислород (который при детонации выгорает только частично) и кремний являются наиболее распространёнными после водорода и гелий химическими элементами. Образуются (с небольшой вероятностью) путём альфа-процессов, а также захвата нейтронов и протонов, при взрывах сверхновых I типа и более тяжёлые элементы, вплоть до железа и никеля.

Львиная доля железа и никеля, впрочем, образуется при взрывах тяжёлых звёзд массой 12 «солнц», в недрах которых углерод и кислород успевают выгореть естественным порядком. В зависимости от массы, звезда разрушается с образованием пульсара (нейтронной звезды) или чёрной дыры лишь после начала реакций синтеза с участием кремния. Четыре пятых её вещества при этом рассеиваются и продуктов сгорания кремния — железа и никеля — там более чем достаточно. Элементов тяжелее никеля — вплоть до актиноидов (урана и тория) — тоже хватает. Особенно, если звезда тяжелее 18 «солнц». В этом случае, между моментами выгорания кремния и превращением в чёрную дыру, она успевает пройти этап слияния тяжёлых ядер в процессе гравитационного коллапса. Кроме того, много актиноидов производится в процессах редких, но весьма производительных — при взрывах гиперновых, — например, столкновении нейтронных звёзд.

…Специально же для людей хронически уверенных, что взрывы разрушительны, и что-либо созидать не могут, напомню: разрушению подвержено только то, что уже синтезировано. По этой причине, синтез всегда преобладает над распадом. Кроме того, ядра стабильных изотопов до железа включительно, фактически, неразрушимы. То есть, взрыв может добавить к такому ядру одну или несколько альфа-частиц, может привести к слиянию тяжёлых ядер, но, вот, наоборот — никак. Нет пути. Стабильное ядро до железа включительно способно только расти.

И, наконец, что же происходит с газом, выброшенным прогоревшими и взорвавшимися звёздами? Он разлетается в виде плазмы — полностью ионизированного вещества — ядра отдельно, электроны отдельно. По мере остывания происходит рекомбинация с образованием атомов. Железо и кремний из плазмы превращаются в пар. На этом этапе химические элементы реагируют друг с другом, образуя молекулы. Образуются оксид кремния, вода, метан, углекислый газ, аммиак и прочие небулярные соединения.

Затем, когда температура облака становится ещё ниже, пар, как пару и положено, конденсируется и замерзает. Также, как из водяного пара образуется снег, кремниевый или железный пар превращается в космическую пыль. А при дальнейшем охлаждении туманности пылинки тяжёлых элементов превращаются в центры кристаллизации различных видов льда.

…И да, после рекомбинации, газопылевые туманности становятся тёмными. В таких и рождаются новые звёзды. Именно это астрономы и увидели. Специально же для персон хронически уверенных, что газ в пустоте склонен рассеиваться, а не сжиматься, напомню, что и газ обладает массой. В силу чего, например, земная атмосфера сжимается к поверхности, а не улетает в пустоту.

Новые публикации также можно увидеть на Дзен-канале

Подписаться
Уведомить о
guest
3 комментариев
Старые
Новые Популярные
Межтекстовые Отзывы
Посмотреть все комментарии
Юрий Южный
Юрий Южный
6 месяцев назад

Хорошая статья. Очень хороший тактический материал.
Меня всегда интересовала эволюция — синтез и распад.
Я пытался найти общую закономерность, для этих процессов.
И пришёл к выводу, что общей «Схемой» являются «Биполярные функции».
На основании этих функций Вселенная имеет два полушария с полюсами N и S и экватор; и есть такой параметр как «Угол полярного перекоса».
Как это работает?
На одном полушарии (от значения угла зависит) в основном идёт процесс синтеза, а на другом полушарии идёт в основном процесс распада.
Синтез и распад относительно полушарий идёт асимметрично.
Напрашивается такой вопрос: а что же такое конкретно N и S ?
…Это взаимодействие двух зарядов…и их общее электромагнитное поле.
На основании этого я делаю вывод, что между Землёй и Луной находится их общее массопространственное поле, центр которого находится в 4 700 км. от центра Земли.
Масса и пространство — это два полюса.
Синтез — это вектор массы, а распад — это вектор пространства…
Если посмотреть на таблицу химических элементов «Эволюция атомов», то в этой таблице видна закономерность синтеза и распада. Гм…Да, уж…Никто не знает Функций и Таблицы.
Да, уж…

Роман
Роман
6 месяцев назад

Отличная статья. Только вот не могу до конца разобраться. Читал, что тяжелые элементы образуются исключительно при столкновении нейтронных звезд. Каково сейчас общепринятое мнение?

Top.Mail.Ru