Мир вокруг нас

Этэрнус

Рис. 258

В целом, слияние трёх альфа-частиц в выгодное ядро углерода, вероятно, можно было бы вывести из наглядной геометрии, ещё до экспериментальных данных (и расчётов) о представленных реакциях, как и предположить невыгодность «двойного альфа процесса», исходя из наглядного строения бериллия-8.

Известно также, что реакция образования ядра углерода-12 имеет т. н. резонансный характер, т. к. энергия этой реакции (слияния ядра бериллия-8 и альфа-частицы) — близка к энергии одного из возбуждённых состояний ядра углерода-12, в котором, ядро ¹²C изначально и образуется, см. рис. 259. Это — должно

значительно ускорять реакцию, позволяя ей эффективно протекать при значительно меньшей температуре, чем могло бы быть (без этого, содержание углерода в окружающем Мире — было бы значительно меньшим, чем наблюдается [77]). Вероятное наглядное представление этой реакции, с учётом её резонансного характера — см. на рис. 260. Возбуждённое состояние углерода-12 на рис., как видно — оказывается схоже с основным состоянием бериллия-8, которое близко к энергии (двух) свободных альфа-частиц, т. о. объясняя близость ¹²C* к энергии (трёх) свободных альфа-частиц, и показывая (объясняя) резонансный характер реакции слияния ядер ⁸Be и ⁴He наглядно. Также, в пользу такого строения ядра ¹²C в возбуждённом состоянии (спина 0) — свидетельствует схожее время жизни с ⁸Be (5,37x10^–17 сек [21] [8] и 8,19x10^–17 сек, соответственно). Далее, возбуждённое состояние ядра ¹²C — переходит в основное состояние.

Рис. 259 ^[78]. Базовое и возбуждённые состояния ядра ¹²C; энергия слияния ⁸Be + (и 3), МэВ

Рис. 260

Далее: После образования ядра углерода-12, как уже говорилось, открывается возможность для реакции слияния альфа-частицы с ядром ¹²C, с образованием ядра кислорода-16. В ядре ¹⁶O, как и углероде-12, как уже рассматривалось ранее, в отличие от бериллия-8, возможны гораздо более выгодные кластеры, чем дейтериевые, что объясняет стабильность и выгоду этого ядра.

Согласно расчётам [79], количество синтезируемых ядер кислорода, в процессе горения гелия — оказывается сравнимо с наработкой ядер углерода.

После появления ядер кислорода-16, открывается возможность и для реакции образования неона-20, а также реакций образования изотопов более тяжёлых элементов (также протекающие путём слияния с альфа-частицей). Однако, вероятности этих реакций — значительно уступают реакциям синтеза ядер углерода-12 и ¹⁶O (т. к. для образования более тяжёлых ядер, альфа-частице необходимо преодолевать всё большее электромагнитное отталкивание, что осуществляется с меньшей вероятностью, и требует более высоких температур = кинетических энергий (лишь малая доля ядер гелия обладает таковыми (т. е. достаточно высокими кинетическими энергиями), при температурах горения гелия)).

Заметим, что образование ядра неона-20 — не столь выгодно (даёт меньше энергии), чем кислорода-16, см. рис. 261. Причину меньшей выгоды образования неона-20 — можно усматривать, исходя из его структуры, а именно — из ближне-дальней симметрии, см. рис. 262. Аналогичный минимум выделяющейся энергии — наблюдается при образовании, аналогичного по строению, ядра аргона-36, см. рис. 263 и 264. На рис. также видно, что помимо аналогии структур ядер неона и аргона, ядро кремния — оказывается аналогом ядра углерода-12, и т. о. отличается, наоборот, повышенной выгодой своего образования. Аналогичное сравнение может быть проведено и для ядер кислорода и серы, энергия образования которых также схожа, причину чего можно наглядно видеть из сходства их структур (см. рис. 264).

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

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)).