Алхимические лаборатории Вселенной: красные гиганты

Температура, необходимая для того, чтобы преодолеть сопротивление ядер, составляет почти десять миллионов градусов по Цельсию. Вот почему «алхимия» в реальном смысле происходит только на звездах. Огромная энергия, возникающая на звездах средней величины, подобных Солнцу, является результатом соединения водорода и гелия.

Имея в виду эту краткую справку по химии элементов, давайте вернемся к тому, что произошло сразу же после Большого Взрыва. Мы уже говорили о том, что после Большого Взрыва во Вселенной существовали только атомы гелия и водорода. Астрономы полагают, что звезды-солнца (одной из которых является наше Солнце) формируются в результате сжатия облаков, состоящих из водорода и гелия, до такой степени, что начинается термоядерная реакция, в результате которой водород превращается в гелий. Так возникают звезды. Но наша Вселенная все еще безжизненна. Для возникновения жизни необходимы более тяжелые элементы, особенно кислород и углерод. Должны начаться процессы, в результате которых гелий

смог бы превратиться в другие, более тяжелые элементы.

Оказывается, «заводами» по производству тяжелых элементов являются красные гиганты – класс звезд, которые в пятьдесят раз больше Солнца.

Температура красных гигантов гораздо выше температуры звезд солнечного типа, и поэтому они могут делать то, что не могут другие звезды: они превращают гелий в углерод. Однако даже для красных гигантов сделать это не просто. Как говорит астроном Гринштайн: «Даже теперь, когда мы имеем ответ (на то, как они это делают), метод, который они используют, кажется удивительным» /32/.

Атомный вес гелия – 2, т.е. его ядро состоит из двух протонов, атомный вес углерода – 6. В фантастически высоких температурах красных гигантов три атома гелия соединяются в один атом углерода после Большого Взрыва. Но, как мы сказали, сделать это нелегко. Почти невозможно заставить два атома гелия объединиться, не говоря уж о трех. Но как же тогда соединились шесть необходимых для углерода протонов?

Это двухступенчатый процесс. Сначала два атома гелия соединяются в промежуточный элемент с четырьмя протонами и четырьмя нейтронами. Затем к промежуточному элементу добавляется третий атом гелия и образуется атом углерода с шестью протонами и шестью нейтронами.

Промежуточный элемент – бериллий. Бериллий встречается на Земле, но бериллий красных гигантов отличается от него одним очень важным свойством. Он состоит из четырех протонов и четырех нейтронов, в то время как земной бериллий имеет пять нейтронов. Бериллий красных гигантов – это несколько видоизмененный вариант земного бериллия, то, что в химии называется «изотопом».

А теперь нас ждет настоящая неожиданность. Изотоп бериллия красных гигантов удивительно нестойкий. Ученые, которые изучали этот изотоп, установили, что, как только он образуется, он вновь распадается за 0,000000000000001 долю секунды.

Каким же образом столь нестойкий изотоп бериллия, способный формироваться и распадаться в кратчайшие сроки, в состоянии соединиться с атомом гелия и превратиться в атом углерода? Это все равно что попытаться положить третий кирпич на два других, которые разлетаются в течение 0,000000000000001 доли секунды, как только возникнет конструкция из трех кирпичей, где один расположен поверх другого. Каким образом этот процесс осуществляется на красных гигантах? Физики долго недоумевали по этому поводу, не находя ответа. Наконец американский астрофизик Эдвин Салпетер нашел ключ к разгадке этой тайны, введя понятие «атомный резонанс».