Распространенность в природе химических элементов, образовавшихся в результате сочетания протонов (Р) и нейтронов (N), согласно Фоулеру, Хойлу и Уагонеру
В природе существует 92 химических элемента, от самого простого и легкого, водорода, до самого тяжелого и сложного, урана. Все, что существует, от неживых объектов до живых существ и небесных тел, состоит из 92 элементов, собранных в периодической системе элементов Д. И. Менделеева. Нет никаких свидетельств, что в каком-нибудь удаленном уголке космоса существуют элементы, отличающиеся от имеющихся на Земле. Происхождение химических элементов тесно связано с ядерными реакциями, шедшими в первые мгновения после Большого взрыва и идущими до сих пор в недрах звезд.
КОСМОЛОГИЧЕСКИЙ ЯДЕРНЫЙ СИНТЕЗ.
Приблизительно в первые 3 мин после Большого взрыва образовались первые химические элементы на так называемой фазе космологического ядерного синтеза. Впервые реакции, происходившие на этом этапе, были изучены в 40-х годах физиками Джорджем Гамовым и Ральфом Эльфером. Они вместе с Гансом Бете (который за несколько лет до этого открыл, что существуют ядерные реакции, позволяющие образовываться энергии в центре звезды) сформулировали в 1948 году теорию «альфа-бета-гамма» по первым буквам своих фамилий (Эльфер /Alpher/, Бете и Гамов), но в греческом написании.В основу теории «альфа-бета-гамма» было положено суждение о том, что в начале материя состояла из нейтронов, часть из которых превращалась в протоны; рекомбинация между протонами и нейтронами привела затем к образованию значительного количества гелия, а также и всех других химических элементов. Эта теория была существенно пересмотрена (в первый раз С. Гайаши в 1950 году), тем не менее ее основные черты оставались в силе. Но вскоре стало ясно, что теория «альфа-бета-гамма» не состоятельна, когда речь заходит об образовании «всех» элементов. Последующие разработки теории космологического ядерного синтеза принадлежат П. Дж. Пиблзу в 1966 году, и в первую очередь Фреду Хойлу совместно с У. Э. Фоулером и Р. В. Уагонером. Они подсчитали процентное количество элементов, которые могли образоваться на фазах, последовавших после Большого взрыва, и пришли к заключению, что в первые мгновения жизни Вселенной около 27% превратилось в гелий, что подтверждается современными наблюдениями. Было подсчитано, что только 10% гелия образуется в звездах, остальные 90% были образованы сразу после Большого взрыва.
ДРУГИЕ ЭЛЕМЕНТЫ.
В периодической таблице элементы, следующие за водородом и гелием, синтезированы в результате ядерных реакций, которые проходят в звездах и сегодня. Внутри них во время ядерных реакций комбинируются два ядра водорода — это так называемый водородный цикл, или «реакция протон-протон», которая идет при температуре 10—20 млн. град. Два протона сливаются, образуя дейтерий, имеющий один позитрон (то есть положительно заряженный электрон) и нейтрино. Дейтерий — изотоп водорода, у которого в ядре, кроме протона, есть еще и нейтрон. На следующей фазе ядро дейтерия сливается с еще одним протоном и образует ядро ге-лия-3, нестабильны изотоп гелия. И наконец, два ядра ге-лия-3 сливаются, образуя ядро гелия-4 (стабильный изотоп) и два протона, готовых снова вступить в реакцию. Существует и другая возможность образования ядра гелия из ядер водорода в результате серии более сложных реакций, известных как углеродно-азотный цикл. Для них необходима чуть большая температура, чем для реакций водородного цикла, поэтому он происходит в более крупных звездах. Кроме того, для него нужны и другие химические элементы - углерод и азот, которые служат катализаторами разных реакций. Эти реакции, происходящие в очень крупных звездах, могут приводить к образованию других химических элементов, например: кислорода, серы, хлора и т. д. до железа. На этом цепочка термоядерных реакций заканчивается, потому что для образования более тяжелых элементов, чем железо, необходима дополнительная энергия. Речь идет об эндотермических реакциях, которые абсорбируют энергию из окружающей среды, в отличие от эзотермиче-ских реакций, о которых говорилось выше, то есть при которых энергия выделяется.
ЭЛЕМЕНТЫ ТЯЖЕЛЕЕ ЖЕЛЕЗА.
Считается, что образование элементов, идущих в периодической таблице после железа, происходит во время взрыва сверхновой в результате механизма, известного как «захват нейтронов».Практически ядра тяжелых элементов образуются, захватывая нейтроны, которые еще больше увеличивают объем этих ядер. Последующее преобразование электронов из нейтронов позволяет образовываться очень стабильным тяжелым ядрам. В ходе этих процессов сложился химический состав той Вселенной, которую мы наблюдаем сегодня. Это — результат сложных изменений, происходящих в ядрах звезд, и взрывов очень крупных светил.Кроме того, следствием таких взрывов является загрязнение космоса элементами нового образования. В мире, в котором мы живем, идет постоянная переработка первородной материи.Поэтому даже с химической точки зрения во Вселенной происходят постоянные изменения, и она обогащается тяжелыми элементами, а самых легких становится все меньше. Наблюдения за распространенностью различных химических элементов вносят свой существенный вклад в написание подробной истории окружающей нас Вселенной.
