Мир вокруг нас - "Этэрнус" - Страница 61

Рис. 265

Рис. 266

В электронный газ белого карлика — погружены ядра тех элементов, что имелись в ядре звезды до её превращения в белого карлика. У более лёгких белых карликов, это — ядра углерода и кислорода, т. е. продукты, происходившего ранее, горения гелия (и меньшая доля других ядер, как более тяжёлых, так и более лёгких). У более массивных белых карликов (образовавшихся из более массивных звёзд), состав смещается в сторону более тяжёлых ядер, образовавшихся в реакциях, которые шли в звезде-предшественнице, уже после завершения этапа горения гелия. К рассмотрению таких реакций и переходим:

Горение углерода и более тяжёлых элементов

В звёздах с массами (примерно) более 8 масс Солнца [88], потери массы при горении слоевых водородного и гелиевого источников — оказываются недостаточны для значимой потери массы. Поэтому, возможно дальнейшее гравитационное сжатие недр звезды, до тех пор, пока концентрация энергии (т. е. температура и плотность вещества) — не оказываются достаточны для возгорания углерода.

Основные реакции горения углерода — представлены на рис. 267. Эти реакции, как и многие другие реакции горения элементов — выведены как основные, опираясь в т. ч. на экспериментальные данные (например, полученные из анализа столкновений атомных ядер в ускорителе). Основным продуктом горения углерода — оказывается неон-20 [90]. После сгорания углерода, ядро звезды состоит т. о., в основном, из кислорода и неона (большая часть кислорода [91], из-за высокого содержания [79], остаётся непрореагировавшей, т. е. сохраняется, при горении углерода), меньшую долю составляют магний, натрий и другие элементы [92].

Рис. 267 [89]. Горение углерода, наиболее частые реакции

Процесс горения углерода — протекает гораздо быстрее, чем горение гелия, а тем более, водорода (имеется в виду выгорание этих элементов в ядре звезды, а не последующее горение в слоевом источнике, окружающем ядро). Звезда с массой, например, 25 масс Солнца, сжигает углерод в центральных областях — всего за 1 000 лет, в то время как гелий — примерно за 1 млн лет, а водород — за 10 млн лет [93]. Чем массивнее звезда — тем короче каждая из этих стадий, а стадии, следующие за горением углерода — ещё короче.

Согласно расчётам [94], в оценке времени горения углерода, становится существенен вклад т. н. нейтринного охлаждения:

В условиях высокой концентрации энергии, в которых протекает горение углерода в недрах звезды — происходит эффективное рождение пар нейтрино и антинейтрино. Из-за своего плоского строения, как уже рассматривалось ранее, нейтрино (и антинейтрино) движутся всегда со скоростью света, и практически не взаимодействуют с другими частицами (взаимодействию также мешает наличие всего одного эпицентра дислокации в составе нейтрино, что запрещает, в отличие от фотона, парное рождение электрических осей, и приводит к известному взаимодействию нейтрино с частицами, только посредством обмена W- и Z-бозонами, что, из-за малой вероятности процесса — и даёт малое сечение взаимодействия нейтрино с веществом). Поэтому, нейтрино — оказывается способно уносить энергию из ядра звезды. Эта постоянная, значимая утечка энергии — заставляет недра звезды сжиматься быстрее, а углерод — гореть интенсивнее.

После выгорания углерода в ядре, и накопления неона, после дальнейшего сжатия, начинаются реакции горения неона, см. рис. 268. Горение неона, как видно — обогащает недра звезды, магнием и кремнием, а также увеличивает содержание ядер кислорода.

Рис. 268 [95]. Горение неона

После исчерпания неона в ядре, звезда сжимается далее, и происходит возгорание кислорода (в т. ч. оставшегося ещё со стадии горения гелия), см. рис. 269. В отличие от горения неона, начальные реакции горения кислорода, как видно, происходят между двумя одноимёнными ядрами, с высокими зарядами, что требует большей концентрации энергии (для преодоления большего электромагнитного отталкивания ядер). Поэтому, горение кислорода начинается после неона, несмотря на то, что неон — более тяжёлый элемент. Сгорание кислорода, в начальных, и следующих за ними, реакциях, приводит к насыщению ядра звезды, кремнием, и близкими к нему, более тяжёлыми чётными элементами [96]. (Кремний образуется и в результате разрушения магния (оставшегося с этапа горения неона), в соответствующей реакции альфа-процесса, которая наиболее эффективно протекает (примерно) тоже на стадии горения кислорода [96]).

Рис. 269 [96]. Горение кислорода, начальные реакции

После дальнейшего сжатия, наступает время последней группы реакций термоядерного синтеза, — т. н. горения кремния. На этой стадии, температура в недрах звезды — оказывается достаточной для фотодезинтеграции ядер кремния, см. рис. 270. Как видно на рис., кремний разрушается до свободных альфа-частиц, в реакциях, обратных альфа-процессу. Образующиеся альфа-частицы — одновременно вступают в реакции с оставшимися ядрами кремния, с образованием, последовательно, более тяжёлых элементов, см. рис. 271. Эта цепочка реакций — идёт с выделением энергии. Однако, реакции на рис. 271 — представлены без учёта растущей выгоды избытка нейтронов над протонами, которая производит сдвиг в конечных продуктах, от никеля-56, к ядрам в районе железа: главными продуктами горения кремния, согласно расчётам [99] т. о. оказываются хром-52 и железо-56 (имеющие избыток нейтронов над протонами).

Рис. 270 [97]. Горение кремния, реакции фотодезинтеграции

Рис. 271 [98]. Горение кремния, реакции синтеза

На этих ядрах, этап горения кремния завершается, т. к. дальнейшие реакции, с образованием более тяжёлых ядер — уже не могут дать энергии, т. е. идут с поглощением энергии. Энергия поглощается и в продолжающихся реакциях фотодезинтеграции (из-за обратимости реакций, и роста температуры, превращающих теперь ядра в районе железа — в совокупность свободных альфа-частиц и нуклонов), а также переходит в возбуждённые состояния ядер [100] и уносится усиливающимся потоком нейтрино (в т. ч. образующихся в реакциях нейтронизации — объединения протона и электрона в нейтрон, с вылетом нейтрино).

Из-за процессов, поглощающих энергию, и отсутствия процессов, идущих с выделением энергии, исчезает давление, противостоящее гравитации, что приводит (по достижении («железным») ядром звезды критической массы), к быстрому сжатию (коллапсу) ядра звезды, а также взрывному горению элементов в периферических областях, и сбросу последних. Суммарно — это т. н. взрыв сверхновой, в результате которого, выделяется огромная энергия (свечение звезды, в это время, становится сравнимо с целой галактикой [101]), а сбрасываемые периферические области звезды обогащают космическое пространство тяжёлыми элементами, а из центральных областей звезды — образуется постзвёздный объект: нейтронная звезда или чёрная дыра (в зависимости от исходной массы звезды [102]). Рассмотрим эти объекты, подробнее: