Народження і загибель наднових зірок

Їх виникнення – це досить рідкісне космічне явище. В середньому в доступних спостереженню просторах Всесвіту спалахує три наднових в сторіччя. Кожний такий спалах є гігантською космічною катастрофою, при якій виділяється неймовірно багато енергії. По самій грубій оцінці така кількість енергії могла б утворитися при одночасному вибуху багатьох мільярдів водневих бомб.

Досить сувора теорія спалахів наднових поки відсутня, але вчені висунули цікаву гіпотезу. Вони припустили, на підставі найскладніших розрахунків, що в ході альфа-синтезу елементів ядро зірки продовжує стискатися. Температура в ньому досягає фантастичної цифри – 3 мільярди градусів. За таких умов в ядрі значно прискорюються різні ядерні реакції; в результаті виділяється багато енергії. Швидке стиснення ядра тягне за собою настільки ж швидке стиснення оболонки зірки.

Вона теж сильно розігрівається, і протікаючі в ній ядерні реакції, в свою чергу, сильно прискорюються. Таким чином буквально в лічені секунди виділяється величезна кількість енергії. Це призводить до вибуху. Звичайно, такі умови досягаються далеко не завжди, і тому наднові спалахують досить рідко.

Така гіпотеза. Наскільки вчені праві у своїх припущеннях, покаже майбутнє. Але і сьогодення привело дослідників до абсолютно вражаючих здогадів. Астрофізичні методи дозволили простежити, як зменшується світність наднових. І ось що з’ясувалося: в перші кілька днів після вибуху світність зменшується дуже швидко, а потім це зменшення (протягом 600 днів) сповільнюється. Причому кожні 55 днів світність слабшає рівно вдвічі. З точки зору математики, це зменшення відбувається за так званим експоненціальним законом. Хорошим прикладом такого закону є закон радіоактивного розпаду. Вчені висловили сміливе припущення: виділення енергії після вибуху наднової обумовлено радіоактивним розпадом ізотопу якогось елементу з періодом напіврозпаду 55 днів.

Але якого ізотопу і якого елемента? Ці пошуки тривали кілька років. «Кандидатами» на роль подібних «генераторів» енергії виступили берилій-7 і стронцій-89. Вони розпадалися наполовину якраз за 55 днів. Але витримати іспит їм не довелося: розрахунки показали, що енергія, що виділяється при їх бета-розпаді, занадто мала. А інші відомі радіоактивні ізотопи подібним періодом напіврозпаду не володіли.

Новий претендент виявився серед елементів, які на Землі не існують. Він виявився представником трансуранових елементів, синтезованих вченими штучно. Ім’я претендента – каліфорній, його порядковий номер – дев’яносто вісім. Його ізотоп каліфорній-254 вдалося приготувати в кількості всього лише близько 30 мільярдних часток грама. Але й цієї воістину невагомої кількості цілком вистачило, щоб виміряти період напіврозпаду ізотопу. Він виявився рівним 55 дням.

А звідси виникла цікава гіпотеза: саме енергія розпаду каліфорнія-254 забезпечує протягом двох років надзвичайно високу світність наднової зірки. Розпад каліфорнія відбувається шляхом самовільного розподілу його ядер; при такому вигляді розпаду ядро як би розколюється на два осколки – ядра елементів середини періодичної системи.

Але яким чином синтезується сам каліфорній? Вчені й тут дають логічне пояснення. В ході стиснення ядра, що передує вибуху наднової, надзвичайно прискорюється ядерна реакція взаємодії вже знайомого нам неону-21 з альфа-частками. Наслідком цього виявляється поява протягом досить короткого проміжку часу надзвичайно потужного потоку нейтронів. Знову виникає процес нейтронного захоплення, але цього разу вже швидкого. Ядра встигають поглинути чергові нейтрони раніше, ніж підвернути бета-розпаду. Для цього процесу нестійкість трансвісмутових елементів вже не перешкода. Ланцюг перетворень не порветься, і кінець періодичної таблиці теж буде заповнений. При цьому, мабуть, утворюються навіть такі трансуранові елементи, які в штучних умовах ще не отримані.

Вчені підрахували, що при кожному вибуху наднової тільки каліфорнія-254 утворюється фантастична кількість. З такої кількості металу можна було б виготовити 20 куль, кожен з яких важив би стільки, скільки наша Земля. Яка ж подальша доля наднової? Вона гине досить швидко. На місці її спалаху залишається лише маленька дуже тьмяна зірочка. Вона відрізняється, правда, надзвичайно високою щільністю речовини: наповнена нею сірникова коробка важила би десятки тонн. Такі зірки називають «білими карликами». Що відбувається з ними далі, ми поки не знаємо.

Матерія, яка викидається в світовий простір, може згуститися і утворити нові зірки; вони почнуть новий довгий шлях розвитку. Вчені зробили поки лише загальні грубі мазки картини походження елементів, картини роботи зірок – грандіозних фабрик атомів. Бути може, це порівняння в загальному передає суть справи: художник накидає на полотні лише перші контури майбутнього твору мистецтва. Вже ясний основний задум, але багато, в тому числі й істотних, деталей ще доводиться лише вгадувати.

Остаточне рішення проблеми походження елементів потребує колосальної праці вчених різних спеціальностей. Ймовірно, багато чого, що зараз нам представляється безсумнівним, насправді виявиться грубо приблизним, а то й зовсім невірним. Напевно, вченим доведеться зіткнутися з закономірностями, досі нам невідомими. Адже для того щоб розібратися в найскладніших процесах, що протікають у Всесвіті, безперечно, знадобиться новий якісний стрибок у розвитку наших уявлень про нього.

Автор: Д. Трифонов.