Explozivní nukleosyntéza

Explozivní nukleosyntéza  - nukleosyntéza vyskytující se ve hvězdách , které ztratily hydrostatickou rovnováhu : například při explozích supernov . Předpokládá se, že v procesech explozivní nukleosyntézy, alespoň částečně, vznikají všechny chemické prvky od uhlíku po železo , jakož i některé prvky těžší než železo [1] .

Masivní hvězdy, pokud jsou v hydrostatické rovnováze, mohou ve svém jádru syntetizovat uhlík a těžší prvky až po hmotnost železa. Naprostá většina jader, která jsou syntetizována, má však sudé číslo náboje a hmotnostní číslo , které je násobkem 4, protože všechna jsou syntetizována za účasti jader ( částic alfa ) [2] .

Před rozvojem teorie explozivní nukleosyntézy byl původ jader mnohem těžších než 56 Fe považován za nejasný, protože v průběhu běžných jaderných reakcí mají čas se rozpadnout s uvolněním energie. Ve skutečnosti však existují energeticky nevýhodná jádra až transuranová. Vysvětlení pro to poskytla až studie vývoje hvězd : při kolapsu hvězd , kdy je vyvrženo obrovské množství neutronů , dochází k jejich mnohonásobnému záchytu relativně lehkými jádry v rozpínajícím se obalu hvězdy. Tak se tvoří jádra s přebytkem neutronů, která pak podléhají beta rozpadům s nárůstem pořadového čísla jádra . Kromě procesu kolapsu supernovy se věří, že explozivní nukleosyntéza může nastat také při splynutí neutronových hvězd [3] .

Vzhledem k tomu, že při explozích supernov je do mezihvězdného prostředí vyvrženo značné množství hmoty , vznikají mladé hvězdy již z hmoty bohatší na těžké prvky a samy jich mají zpravidla více [4] .

Historie objevů

Zpočátku se věřilo, že těžké prvky vznikly hlavně při vzniku vesmíru, ale v roce 1946 Fred Hoyle předložil hypotézu, že prvky těžší než helium jsou syntetizovány v jádrech hmotných hvězd [5] . V té době se však o supernovách vědělo jen málo a Hoyle předpokládal, že hmota byla vyvržena do mezihvězdného prostředí kvůli příliš rychlé rotaci hvězd. V roce 1954 Hoyle vylepšil svou teorii a umožnila vysvětlit, odkud se vzala hmota od uhlíku po nikl v takovém množství, jak je pozorováno. Hoyle popsal reakce podrobněji a také předpověděl, že při gravitačním kolapsu jader hmotných hvězd se tam syntetizují těžší prvky, které jsou následně vyvrženy do vesmíru [6] .

V roce 1957 Marguerite Burbidge , Geoffrey Burbidge , William Fowler a Fred Hoyle dále rozvinuli tuto teorii a získali poměrně přesné vysvětlení počtu různých chemických prvků ve vesmíru. Jejich článek se stal vysoce citovaným a v anglicky psané literatuře je znám jako „article B 2 FH“, podle prvních písmen příjmení autorů [7] [8] .

V roce 1970 William Arnett a kolegové ukázali, že v důsledku kolapsu jádra prudce stoupne jeho teplota, vznikne v něm rázová vlna a za takových podmínek se jádra s jinými hmotnostními a nábojovými čísly syntetizují mnohem efektivněji [9 ] [10] .

Poznámky

  1. ↑ Explozivní nukleosyntéza . Staženo 13. dubna 2020. Archivováno z originálu dne 18. července 2020.
  2. ↑ Spalování helia. Rudí obři. .
  3. ↑ Těžké prvky vstoupily do sluneční soustavy z neutronových hvězd, které se spojily 80 milionů let před jejím vznikem • Science News . "Prvky" . Získáno 24. června 2020. Archivováno z originálu dne 29. prosince 2020.
  4. ↑ Thielemann, Fr.-K.; Nomoto, K.; Hashimoto, M.-A. Core-Collapse Supernovae and Their Ejecta  //  The Astrophysical Journal  : journal. - IOP Publishing , 1996. - Sv. 460 . — S. 408 . - doi : 10.1086/176980 . - .
  5. ↑ Hoyle, F. The Synthesis of the Elements from Hydrogen  // Monthly Notices of the Royal Astronomical Society  : journal  . - Oxford University Press , 1946. - Sv. 106 , č. 5 . - str. 343-383 . - doi : 10.1093/mnras/106.5.343 . - .
  6. ↑ Hoyle, F. On Nuclear Reactions Occuring in Very Hot STARS. I. The Synthesis of Elements from Carbon to Nickel  (anglicky)  // The Astrophysical Journal  : journal. - IOP Publishing , 1954. - Sv. 1 . — S. 121 . - doi : 10.1086/190005 . - .
  7. ↑ B2FH papír : Burbidge, E. Margaret; Burbidge, G. R.; Fowler, William A.; Hoyle, F. (1957). Syntéza prvků ve hvězdách. Recenze moderní fyziky. 29(4): 547-650. Bibcode:1957RvMP…29..547B. doi:10.1103/RevModPhys.29.547
  8. ↑ Burbidge, E.M.; Burbidge, G. R.; Fowler, W. A.; Hoyle, F. Synthesis of the Elements in Stars  // Reviews of Modern Physics  : journal  . - 1957. - Sv. 29 , č. 4 . - S. 547-650 . - doi : 10.1103/RevModPhys.29.547 . - .
  9. ↑ Woosley, SE; Arnett, W.D.; Clayton, DD Výbušné spalování kyslíku a křemíku  //  The Astrophysical Journal  : journal. - IOP Publishing , 1973. - Sv. 26 . - str. 231-312 . - doi : 10.1086/190282 . - .
  10. ↑ Arnett, W.D.; Clayton, D. D. Explosive Nucleosynthesis in Stars   // Nature . - 1970. - Sv. 227 , č.p. 5260 . - str. 780-784 . - doi : 10.1038/227780a0 . — . — PMID 16058157 .

Odkazy