Чтение онлайн

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:

Нейтронная звезда — состоит, преимущественно, из нейтронов, и значительно отличается от другого постзвёздного объекта, рассматривавшегося ранее, белого карлика: так, диаметр нейтронной звезды — примерно в 1 000 раз меньше, и составляет от 20 до 30 км (с увеличением массы — уменьшается; массы известных нейтронных звёзд — от около 1,35 до 2,01 масс Солнца, чаще (в среднем) — около 1,4 Солнечных масс) [103] [104] [105]. Основная причина столь значительного, по сравнению с белым карликом, уменьшения диаметра — в том, что длина волны де Бройля нейтрона — меньше, чем у электрона как раз на такой порядок величины (т. к. обратно пропорциональна массе нейтрона, которая, как известно, в 1 839 раз больше массы электрона).

Нейтроны — образуют вырожденный нейтронный «газ», поддерживающий гидростатическое равновесие нейтронной звезды. Нейтронный газ способен противостоять гравитационному сжатию объекта, при массах более высоких, чем у белого карлика. Из-за меньшей длины волны де Бройля нейтрона, центры частиц в этом газе — располагаются более плотно, чем в аналогичном газе из электронов. Плотность вырожденного нейтронного газа, и нейтронной звезды в целом — оказывается сравнима с ядерной (и примерно в 108 раз превосходит плотность белого карлика) [106] [107].

Нейтронная звезда (как впрочем, и белый карлик) — имеет слоистое внутреннее строение, в соответствии с градиентом плотности вещества, обусловленным гравитационным полем. (Этот градиент, как и ранее, разрушает более высокие уровни вещества, при движении вглубь звезды). Рассмотрим это подробнее:

У нейтронной звезды, достаточно остывшей после своего образования, наружный слой (под (тонкой) атмосферой [108]), представлен твёрдой корой, о существовании которой — свидетельствуют наблюдаемые скачкообразные изменения периодов вращения нейтронных звёзд (пульсаров), что может быть связано с явлением, аналогичным землетрясениям, и называемым «звездотрясениями», — которые могут возникать из-за накопления напряжений в коре, вследствие постепенного замедления вращения звезды вокруг своей оси [109].

Тонкая, наружная часть наружной коры нейтронной звезды, а также атмосфера — имеют строение, сходное с внутренним строением обычных звёзд, т. е. состоят из плазмы, где степень ионизации атомов — нарастает с глубиной [110]. Более глубокая часть наружной коры — имеет состав, характерный для вещества белого карлика, т. е. состоит из вырожденного электронного газа и атомных ядер [110] (такое же строение — характерно и для ядра многих обычных звёзд).

С увеличением глубины, атомные ядра в коре нейтронной звезды — становятся всё более нейтроноизбыточными (хотя в условиях, имеющейся тут, достаточно высокой плотности вещества, и соответствующего давления — стабильны). В понимании состояния вещества в этой области — в значительной мере помогает получение (и изучение) нейтронизбыточных ядер в ускорителях. Наглядное же строение ряда нейтронизбыточных ядер — уже рассматривалось ранее.

На определённой глубине, кора нейтронной звезды заканчивается, — когда атомные ядра исчезают, и остаются только несвязанные нейтроны = вырожденный нейтронный «газ», составляющий большую часть нейтронной звезды.

О строении более глубоких, самых внутренних областей нейтронной звезды, в современности, однозначные (общепринятые) представления — отсутствуют. Это — один из примеров объекта, расположенного на границе окружающего Мира, поэтому рассмотрение строения центральных областей нейтронной звезды — оказывается вероятностным, т. е. предполагает ряд возможностей:

Так, например, предполагается возможность существования в центре нейтронной звезды, т. н. кварк-глюонной плазмы [111] (состоящей из u-, d- и s-кварков [112]). Кварк-глюонная плазма — считается полученной (в 2003 году), в экспериментах на ускорителе заряженных частиц [113]. Сущность кварк-глюонной плазмы — может представляться, упрощённо, следующей: элементарные частицы в ней сближены настолько, что расстояния между эпицентрами кварков, у соседних элементарных частиц — оказываются сравнимы с расстояниями между кварками в самих (сложных) элементарных частицах. В результате, кварк начинает принадлежать и соседним частицам, и т. о. кварк-глюонной плазме, и может отдаляться от другого кварка. Нечто подобное происходит, когда молекула с ионной связью, в растворе — разделяется на ионы, которые могут отдаляться друг от друга на любые расстояния, в пределах раствора. Но при испарении раствора, ионы вновь соединяются, образуя молекулы: так и при «испарении» кварк-глюонной плазмы, остаются только элементарные частицы, без свободных кварков (и без связывавших их, свободных, в пределах кварк-глюонной плазмы, глюонов, игравших роль «растворителя»).

В состоянии кварк-глюонной плазмы — велико содержание s-кварков (т. н. странных кварков), т. е. наиболее лёгких кварков второго поколения. Для наглядного представления об образовании s-кварков, вспомним пример со сближением двух солитонов-дислокаций в обычном кристалле, в ходе которого, солитон с двойной массой не образовывался. При дальнейшем сближении солитонов, т. е. затрате дополнительной энергии, могут рождаться пары дислокация-антидислокация, в т. ч. второго порядка (теоретическое предсказание, требует экспериментального подтверждения). В некоторой аналогии, при концентрации энергии (температуре и / или плотности), характерной для кварк-глюонной плазмы, рождаются пары частиц второго поколения, т. е. пары s- и анти-s-кварка.