Чтение онлайн

Рис. 261 [78]. Реакции образования углерода-12, кислорода-16 и неона-20 в альфа процессе

Рис. 262

Рис. 263 [78],[18]. Альфа-процесс (от образования 8Be до 40Ca)

Рис. 264

В целом, образование ядер элементов тяжелее кислорода (в альфа-процессе), при горении гелия — пренебрежимо мало [80] (но существенно в других процессах, о которых — позже).

Далее: После исчерпания запасов гелия в ядре звезды, горение гелия, как и в случае водорода — перемещается на поверхность ядра, с образованием слоевого гелиевого источника. Над ним — располагается, возникший ранее, водородный слоевой источник, однако включаться они могут только попеременно, т. к. горение в слоевом источнике гелия — приводит к расширению периферических областей звезды, и препятствует горению водорода. После истощения слоевого гелиевого источника, сжатие приводит к возгоранию заново водородного слоевого источника, который нарабатывает гелий для гелиевого слоя. В определённый момент, вновь вспыхивает гелиевый источник. (Подобные пульсации (циклы) — имеют типичный период от 104 до >105 лет [81]). В этой фазе эволюции звезды, благодаря низкой гравитации у поверхности и короткопериодичным пульсациям (= не связанным (прямо) с горением слоевых источников), и высокой светимости, происходит сброс значительной части массы с периферии звезды, с постепенным образованием газо-пылевой туманности вокруг звезды (которая, в дальнейшем, рассеивается).

Если звезда недостаточно массивна, то потеря массы — постепенно приводит к затуханию термоядерных реакций, а оставшееся вещество центральных областей сжимается до состояния белого карлика. Рассмотрим суть и строение этого объекта подробнее:

Белый карлик — это объект уровня планет и звёзд, представляющий собой состояние звезды, на последнем этапе её эволюции. На этом этапе, термоядерные реакции в звезде уже прекратились (вследствие потери значительной части массы), что позволяет называть белые карлики также постзвёздными объектами (или остатками погибших звёзд).

Известные белые карлики (в числе тысяч [82]) — имеют массы от 0,17 [83] до 1,33 масс Солнца [84]. Размеры же белого карлика, как известно, сравнимы с диаметром планеты (в т. ч. Земли), причём, чем больше масса — тем меньше диаметр (170 000 [83] — 10 000 км [85], наиболее частое (среднее) значение — около 15 000 км [86] [87]; для сравнения, диаметр Земли — 12 750 км). Т. о., белые карлики, имея высокую массу при столь малом размере, обладают высокой плотностью вещества и большой напряжённостью гравитационного поля. Гравитационному сжатию этих объектов препятствует лишь давление т. н. вырожденного электронного газа, что было выяснено ещё на неклассическом этапе.

Вырожденный электронный газ — состоит из электронов, расстояния между которыми, из-за высокой плотности вещества, стали сравнимы с длиной волны де Бройля электрона. Объём, требуемый для электрона — определяется взаимодействием электрона как волны, с окружающими волнами, а т. к. все элементарные частицы, с которыми может взаимодействовать электрон, в окружающем Мире, являются волнами, этот минимальный объём оказывается конечным (несмотря на безграничность размера элементарных частиц (и их полей)).

В качестве примера-аналогии, можно представить следующее: при попытке сближения солитонов в обычных кристаллах, одинаковые солитоны-дислокации — не должны сливаться в один солитон с двойной массой (т. к. таковые не образуются, т. е. просто неизвестны); т. о. солитоны должны сохранять целостность, и их объединению противостоит соответствующее давление (отталкивание), аналогично давлению, возникающему в вырожденном электронном газе. (Хотя уровень вещества в этом примере, более высокий, но суть явления — может быть аналогична (так же как и явление катализа, остаётся собой, независимо от того, применяется ли для случая термоядерных реакций, или химических)).

Чем сильнее сближать эпицентры дислокаций (в обычных кристаллах, или элементарных частиц в вакууме) — тем больше энергии требуется, см. рис. 265. (Последнее также следует из квантового соотношения неопределённостей: если координаты элементарных частиц, вследствие сжатия вещества — становятся более определёнными, то растёт неопределённость импульса, т. е. импульс частицы увеличивается). В условиях вырожденного электронного газа, это проявляется в возрастании импульсов электронов, занимающих всё более высокие энергетические уровни в этом газе. При возрастании импульса, уменьшается длина волны электрона, т. е. электрон сплющивается, и может занимать меньшее пространство, по отношению к окружающим частицам, см. рис. 266. В вырожденном электронном газе, электроны — обладают различными импульсами (от нуля, до высоких), располагаясь наиболее выгодным образом по отношению друг к другу (подобно тому, как в электронных оболочках атома, но только тут электронный газ — принадлежит всем атомным ядрам одновременно).

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:

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.