Откуда взялись все химические элементы во Вселенной?

Всё, что нас окружает — предметы обихода, живая и неживая природа, состоит из атомов. Образуя химические связи, атомы простых веществ могут создавать более сложные вещества, например, два атома водорода и один атом кислорода образуют воду, без которой была бы невозможна жизнь на Земле. На сегодняшний день известно 119 химических элементов, но так было не всегда.

Изначально в природе не было никаких химических элементов. Новорожденная Вселенная представляла собой нечто вроде бульона из глюонов и кварков, которые постепенно объединялись в протоны и нейтроны — будущие атомные ядра всех известных нам веществ.

Затем последовало их слияние, в результате чего в космосе появились первые химические элементы — гелий, водород и ничтожно малое количество лития. К этому времени Вселенная уже остыла настолько, что новые элементы более не могли образовываться.

Но откуда тогда взялось всё остальное? Чтобы привнести разнообразие в таблицу Менделеева, Вселенной потребовались космические реакторы — звезды. Начиная от звездных карликов в десять раз меньше Солнца и заканчивая сверхгигантами вроде Ригеля, все звезды начинают свой путь одинаково.

1.

Звезды это огромные космические реакторы. Сжигая в своих недрах самый распространенный элемент водород, они превращают его в гелий, выделяя при этом лучистую энергию. Старея, растратившие водородное топливо небольшие звезды становятся красными гигантами, в которых возникают благоприятные условия для горения уже гелия. Из него в процессе синтеза образуется углерод и в относительно малых объемах кислород. На этом роль небольших звезд в образовании химических элементов заканчивается, им просто не хватает массы, чтобы зажечь углерод.

Но что не под силу малым звездам, оказывается по плечу светилам в пять и более раз массивнее Солнца. Они синтезируют из углерода кислород, кальций, кремний и другие элементы вплоть до железа и никеля. Однако на этом этапе у большинства массивных звезд начинаются проблемы. Дело в том, что вовлечение в термоядерный синтез железа происходит не с выделением, а с поглощением энергии. Производимая ядром звезды энергия — это единственное, что удерживает звезду от коллапса. Образование же в ядре железа приводит к потере энергии, в результате чего массивная звезда теряет равновесие и в считанные доли секунды сжимается, а затем взрывается сверхновой, выбрасывая в пространство внешние слои с созданными химическими элементами. Но ведь железо в таблице Менделеева идет только под номером 26.

2.

Откуда тогда взялись медь, серебро, золото, платина и другие элементы, если ничего тяжелее железа при термоядерной реакции образовываться не может? На этот счет существуют разные мнения. Согласно одному такому мнению, в ходе взрыва сверхновой разлетающиеся с огромной скоростью атомные ядра сталкиваются с нейтронами и как-бы «обрастают» ими. Часть нейтронов превращаются в протоны, атомный номер ядра увеличивается, в результате чего получается новый более тяжелый элемент. Это так называемый R-процесс или быстрый захват нейтронов. Считается, что таким образом могут образовываться элементы вплоть до плутония.

Согласно другой точке зрения, R-процесс запускается при слиянии нейтронных звезд с последующим выбросом в космос энергии и вещества. Чего-чего, а нейтронов в этих звездах хоть отбавляй, вот они и вступают в взаимодействие с атомными ядрами, обогащая их и синтезируя тем самым новые элементы. Но вероятнее всего, что образование тяжелых элементов имеет место в обоих случаях.

Итак, всё что вас окружает — это продукты жизнедеятельности звезд. Воздух, которым вы дышите, вода, которую пьете, золотое кольцо на пальце вашей руки и углерод в составе клеток вашего тела — всё это создано миллиарды лет назад в недрах светил. Согласитесь, как тут не почувствовать причастность к вечности?