История всего. 14 миллиардов лет космической эволюции

Звезды тем временем заняты превращением массы в энергию согласно постулату E = mc²: это необходимо им для того, чтобы противостоять коллапсу под воздействием своей собственной гравитации. Когда внутри звезд синтезируются атомные ядра, природа требует — и получает — ядерный синтез, при котором выделяется энергия. К тому времени, как массивная звезда превратит большую часть своего содержимого в железо, у нее заканчиваются способы выделения энергии в процессе термоядерного синтеза, потому что весь последующий синтез будет только поглощать энергию, но никак не создавать ее. Лишенное источника энергии, коим был для нее все это время термоядерный синтез, ядро звезды в итоге коллапсирует под своим собственным весом, после чего моментально возрождается в громадном взрыве, известном как сверхновая звезда: ее сияние будет гореть ярче миллиарда Солнц на протяжении как минимум недели. Такие сверхновые звезды рождаются исключительно благодаря удивительному свойству железа — его нежеланию соединяться или делиться на части без дополнительной инъекции энергии.

Мы описали основные свойства водорода и гелия; лития, бериллия и бора; углерода, азота и кислорода; алюминия, титана и железа; таким образом, мы изучили практически все ключевые элементы, благодаря которым космос и жизнь на Земле сегодня существуют.

Ради общекосмического интереса давайте быстро пробежимся и по гораздо более странным участникам периодической таблицы элементов. Вам почти наверняка никогда не доведется владеть сколько-нибудь серьезными объемами этих элементов, но для ученых они не только яркие и загадочные всплески на зеркальной глади природных химических щедрот, но и невероятно ловкие в определенных условиях помощники. Возьмем, к примеру, мягкий металл галлий (31 протон в ядре). Температура плавления галлия настолько мала, что ему хватит тепла человеческого тела, чтобы расплавиться прямо у вас на ладони. Галлий также развлекает астрофизиков, исполняя роль активного ингредиента вещества хлорида галлия — вариации на тему столовой соли (хлорида натрия), что принимает ценное участие в экспериментах по обнаружению нейтрино. Чтобы зафиксировать ускользающие от них нейтрино, астрофизики берут стотонный бак жидкого хлорида галлия и помещают его глубоко под землей (нивелируя воздействие других менее проникающих частиц), после чего внимательно наблюдают за ним, чтобы отследить результаты любых столкновений между нейтрино и ядрами галлия. Такие столкновения ведут к образованию ядер германия по 32 протона каждое. Любое преобразование галлия в германий сопровождается выделением фотонов рентгеновского излучения, которое можно обнаружить и измерить каждый раз, когда на ядро приходится удар. С помощью подобных «нейтриновых телескопов» из хлорида галлия астрофизики разрешили загадку, которую они называли проблемой солнечных нейтрино. Она заключалась в том, что по ранее необъясненным причинам предыдущие поколения детекторов нейтрино обнаруживали их меньше, чем предполагала теория термоядерного синтеза в звездном ядре Солнца.

Каждое ядро элемента технеция (атомное число 43) является радиоактивным, распадаясь за несколько мгновений за несколько миллионов лет на другие типы ядер. Ничего удивительного в том, что на Земле обнаружить технеций в природе нельзя — разве что в ускорителях частиц, где его можно изготовить на заказ. В силу обстоятельств, которые пока не поддаются нашему пониманию, технеций обитает в атмосферах определенного ряда красных гигантов. Как было отмечено в предыдущей главе, это ни за что не взволновало бы астрофизиков, если бы не период полураспада технеция 2 миллиона лет; а это намного меньше, чем предполагаемая продолжительность жизни тех звезд, у которых он был обнаружен. Это доказывает, что звезды не могли сформироваться с готовыми запасами технеция, ведь, если бы это было так, никакого технеция в них уже не осталось бы. Астрофизики также не знают такого механизма, который позволил бы звезде синтезировать технеций в своем ядре и затем доставить его на свою поверхность, где они и имеют честь его наблюдать. Причины наличия технеция в атмосфере таких звезд до сих пор не разгаданы, из-за чего в данной области иногда рождаются весьма экзотические теории, ни одна из которых, впрочем, пока не получила единодушного одобрения в сообществе астрофизиков.