Звездный нуклеосинтез
Звезды — это печи, в которых куются химические элементы: ядерный синтез в их ядрах обеспечивает их энергией и создает более тяжелые ядра из более легких, а взрывные процессы и процессы нейтронного захвата завершают периодическую таблицу.
Definition
Звездный нуклеосинтез — это образование химических элементов в результате ядерных реакций, происходящих в недрах звезд и при звездных взрывах, включая слияние заряженных частиц и захват нейтронов.
Scope
Эта область охватывает ядерные реакции, которые генерируют звездную энергию и синтезируют элементы, включая горение водорода посредством протон-протонной цепи и CNO-цикла, горение гелия посредством тройного альфа-процесса, продвинутое горение от углерода до кремния, медленные и быстрые процессы захвата нейтронов, которые создают элементы тяжелее железа, а также взрывной нуклеосинтез сверхновых и сливающихся компактных объектов.
Sub-topics
Core questions
- Какие ядерные реакции питают звезды на каждой стадии их жизни?
- Как элементы вплоть до железа образуются путем слияния в звездных ядрах?
- Как образуются элементы тяжелее железа?
- Как звезды и звездные взрывы обогащают Вселенную элементами?
Key concepts
- энергия связи ядра
- протон-протонная цепь
- CNO-цикл
- тройной альфа-процесс
- захват нейтронов
- железный пик
- пик Гамова
Key theories
- B2FH синтез элементов в звездах
- Обзор 1957 года, выполненный Бербиджем, Бербиджем, Фаулером и Хойлом, изложил процессы, посредством которых звезды создают элементы, включая горение водорода и гелия, альфа-процесс, а также медленные и быстрые процессы захвата нейтронов, установив, что элементы имеют звездное происхождение.
- Слияние до железа и захват за его пределами
- Слияние заряженных частиц высвобождает энергию вплоть до железа, наиболее прочно связанного ядра, поэтому более тяжелые элементы не могут быть получены путем слияния в равновесии; вместо этого они образуются путем последовательных захватов свободных нейтронов с последующим бета-распадом, в медленных и быстрых вариантах, определяемых потоком нейтронов.
Mechanisms
В недрах звезд высокая температура и плотность позволяют ядрам преодолевать взаимное электростатическое отталкивание и сливаться, высвобождая энергию и постепенно производя более тяжелые элементы вплоть до пика железа. За пределами железа, где слияние больше не высвобождает энергию, ядра растут путем захвата свободных нейтронов; образующиеся элементы рассеиваются в космосе звездными ветрами и взрывами.
Clinical relevance
Звездный нуклеосинтез объясняет космическое содержание элементов, включая углерод, кислород и металлы, необходимые для планет и жизни, а также предоставляет химические часы и выходы, используемые для отслеживания галактической химической эволюции и для интерпретации звездных спектров и метеоритных зерен.
History
Бете и фон Вайцзеккер определили циклы горения водорода как источник звездной энергии в конце 1930-х годов, Хойл предсказал углеродный резонанс, обеспечивающий горение гелия, а обзор B2FH 1957 года вместе с независимой работой Кэмерона объединил процессы, посредством которых звезды синтезируют элементы.
Key figures
- Fred Hoyle
- William Alfred Fowler
- Margaret Burbidge
- Hans Bethe
Related topics
Seminal works
- b2fh1957
- clayton1983
Frequently asked questions
- Откуда берутся элементы в наших телах?
- Водород образовался во время Большого взрыва, но углерод, азот, кислород и более тяжелые элементы были выкованы в результате ядерных реакций внутри более ранних поколений звезд и рассеяны звездными ветрами и сверхновыми, поэтому большинство атомов в живых организмах были созданы в звездах.
- Почему звезды не могут синтезировать элементы тяжелее железа для получения энергии?
- Ядра группы железа имеют самую высокую энергию связи на нуклон, поэтому их слияние в более тяжелые элементы поглощает энергию, а не высвобождает ее; поэтому элементы тяжелее железа образуются путем захвата нейтронов, а не путем энерговыделяющего слияния.