Добавочным источником нейтронов может быть реакция
Ne21 + Не4 = Mg24 + 0п1.
Мы уже указывали, что ядро Ne21 есть промежуточное звено в неоново-натриевом цикле, протекающем в звездах наряду с углеродно-азотным циклом. Возможность появления в недрах красных гигантов нейтронов дает основание предсказать вероятность образования в них тяжелых элементов.
Ранее было показано, что нейтроны, образующиеся в ядерном реакторе за счет деления ядер урана, дают возможность осуществлять последовательный синтез всех трансурановых элементов от нептуния до фермия. Об этом свидетельствует цепочка ядерных реакций, приведенная на рис. 30. Такие реакции в принципе могут быть осуществлены во всех областях ядер и с нейтронами любых энергий, ибо в процессе присоединения нейтронов кулоновский барьер ядра не играет никакой роли.
Реакции последовательного присоединения нейтронов в ядерных реакторах могут протекать и в недрах красных гигантов. Цикл многих последовательных (п, γ) — реакций, которые сопровождаются β-распадом образующихся ядер (причем время этого процесса должно быть меньше, чем время присоединения следующего нейтрона), может начаться на изотопах магния, серы, кальция и других элементов, которые синтезируются в реакциях слияния ядер гелия и углерода. Этот цикл может продолжаться вплоть до образования самых тяжелых элементов. На рис. 40 приведена цепочка образования изотопов некоторых редких земель из La139, обозначенная жирной чертой. Начальное ядро La139 (2) присоединив нейтрон, превращается в радиоактивный изотоп La140 с периодом полураспада около 40 ч. La140 полностью распадается, не успев присоединить следующий нейтрон.
Рис. 40. Диаграмма атомных ядер некоторых редкоземельных элементов (О — радиоактивные ядра).
В результате получается стабильное ядро Се140, которое снова присоединяет нейтрон и т. д. Все изотопы, образующиеся в процессе медленного захвата нейтронов, обозначены на рисунке цифрой 3.
Прямым доказательством протекания процесса, медленного захвата нейтронов в ядрах красных гигантов являются астрофизические данные нахождения в их спектрах линий радиоактивного элемента технеция. Один из самых долгоживущих изотопов технеция Тс99, образующийся в этом процессе, имеет период полураспада 2,12 · 105 лет. Наличие его в атмосферах красных гигантов, возраст которых равен нескольким миллиардам лет, свидетельствует как об образовании технеция в настоящее время, так и о возможном существовании в них постоянных источников нейтронов.
Ранее отмечалось, что в красных гигантах типа BaII наблюдается повышенное содержание тяжелых металлов. Произведен расчет содержания изотопов некоторых элементов в звездах такого типа (например, HD 46407) при условии, что эти изотопы образовались в процессе медленного захвата нейтронов. Найдены отношения наблюдаемых и рассчитанных распространенностей некоторых элементов к их распространенностям в известных «стандартных» звездах. Эти сведения приведены в табл. 12. Видно, что они находятся в согласии.
Вероятность образования ядер в процессе медленного захвата нейтронов зависит только от сечения реакций (п, γ) на отдельных изотопах. Если процесс захвата нейтронов протекает в течение длительного времени, то для него справедливо следующее соотношение:
п(А) · σ(А) = B, (12)
где п(А) — число ядер с массовым числом A; σ (A) — сечение реакции на данных ядрах;
В — постоянная величина.
Из этого соотношения следует, что распространенность химических элементов тем больше, чем меньше вероятность захвата нейтронов. В настоящее время в лабораторных опытах установлено, что именно такими устойчивыми по отношению к захвату нейтронов являются ядра с «магическими числами» нейтронов, равными 20, 50, 82, 126. Эти ядра, как видно из рис. 29 обладают также и повышенной распространенностью! Этот факт еще раз доказывает, что процесс медленного захвата нейтронов играет существенную роль в образовании тяжелых элементов.
Таблица 12
Отношение распространенностей некоторых элементов в звезде HD 46407 к их распространенностям в стандартных звездах
Таким образом, красные гиганты являются теми космическими объектами, где происходит синтез тяжелых химических элементов. Это своего рода «фабрики», в которых в термоядерном «котле» синтезируются химические элементы. Мы уже указывали, что в плоской составляющей нашей Галактики таких звезд сравнительно мало, но зато в сферической составляющей, а также в эллиптических галактиках они составляют большинство. Поэтому можно сделать вывод, что в огромном множестве звезд нашей Метагалактики в настоящее время происходит синтез тяжелых элементов.