В настоящее время также нет еще единого мнения о реакциях образования большого количества ядер элементов группы железа. Основное возражение приводится не против того, что в процессе развития звезды на каких-то определенных стадиях не могут создаться условия для быстрых равновесных реакций. Такие реакции, по-видимому, происходят. Неясно другое, почему при «закалке» равновесия, т. е. при охлаждении звезды, не меняется относительное содержание ядер в их смеси. Кроме того, неясны физические условия охлаждения вещества звезды, находящегося в ее недрах.
Рис. 42. Зависимость времени протекания различных ядерных процессов от температуры.
Равновесные реакции могут протекать только в конце активной жизни звезды. По времени этот процесс должен быть очень коротким — порядка нескольких секунд — и заканчиваться взрывом звезды.
Итак, мы подошли к конечному этапу жизни звезды, на рис. 42 схематически изображено изменение времени различных ядерных процессов на всех этапах существования звезды в зависимости от температуры в ее центре.
Однако и взрыв вещества звезды, вероятно, не проходит бесследно для процесса синтеза тяжелых элементов. Об этом мы и расскажем в следующем разделе.
5. Вспышки Сверхновых звезд и процесс быстрого присоединения нейтронов
Объяснить механизм образования изотопов самых тяжелых элементов — урана, тория и тяжелых изотопов многих более легких элементов удалось только после обнаружения элементов эйнштейния (Ζ = 99) и и фермия (Ζ = 100) в продуктах термоядерного взрыва, произведенного США в ноябре 1952 г. у атолла Эниветок в Тихом океане.
Рис. 43. Схема изотопов трансурановых элементов, образовавшихся при взрыве термоядерной бомбы.
Впоследствии оказалось, что при мгновенном воздействии исключительно интенсивного потока нейтронов, образующихся при взрыве термоядерной бомбы, на уран получаются заурановые элементы, включая фермий. Схема этого процесса приведена на рис. 43. Видно, что ядро U238 присоединяет до 17 нейтронов, что приводит к образованию изотопов с массами от 239 до 255. Такой процесс протекает за время, равное нескольким микросекундам, поэтому β¯-распад не может воспрепятствовать образованию этих изотопов, так как он протекает значительно медленнее процесса присоединения нейтронов. После прекращения действия нейтронов образующиеся тяжелые изотопы урана претерпевают β—-распад и превращаются в изотопы трансурановых элементов.
После обнаружения этого очень интересного факта возникла идея о том, не может ли процесс быстрого присоединения нейтронов протекать в условиях звезд, особенно при их вспышках. На помощь вновь пришли данные астрофизиков. Наблюдения над вспышкой Сверхновой в спиральной туманности NGC 4725 в 1940 г. показали, что ее светимость в течение примерно 600 дней спадала по экспоненциальному закону с периодом полураспада 55 дней, хотя большая часть энергии испускалась в первые пять дней (рис. 44). Затем по истечении 600 дней светимость в продолжение многих лет изменялась незначительно. В настоящее время установлено, что общая энергия, выделяемая при вспышках Сверхновых звезд такого типа, составляет 1049 эрг. Однако основная часть этой энергии выделяется в первые дни. Энергия, обусловленная экспоненциальным уменьшением светимости, равна 1047 эрг.
Поскольку светимость Сверхновых спадает по экспоненциальному закону [см. уравнение (10)], то источником энергии таких звезд может быть, по-видимому, только распад радиоактивных ядер. В настоящее время мы имеем данные о периодах полураспада различных радиоактивных ядер всех химических элементов. Эти данные свидетельствуют о том, что с периодом полураспада 55 дней распадаются только изотопы Be7, Sr89 и Cf254. Распад какого же из этих ядер обусловливает светимость Сверхновых звезд? Средняя энергия, испускаемая при распаде Be7, равна около 57 кэв, следовательно, чтобы обеспечить выделение энергии 1047 эрг, в звезде должно образоваться около 1013 г ядер Be7. Если в среднем Сверхновые вспыхивают один раз в 500 лет, то за время существования нашей Галактики (около 5 млрд, лет) общее количество изотопа Li7, образующегося при К-захвате Be7, должно приближаться к 70 000 солнечных масс. Эта величина более чем в 100 раз превышает наблюдаемую распространенность этого элемента. Поэтому вряд ли Be7 может быть источником энергии Сверхновых звезд.