Образование химических элементов в космических телах 1

Сверхновые звезды и туманности, остающиеся на месте вспышки, и являются источниками космических лучей в течение очень длительного времени. Это обусловлено тем, что образовавшиеся туманности имеют магнитные поля. Магнитное поле обнаружили в Крабовидной туманности. Выброшенные со скоростью в несколько тысяч километров в секунду атомные ядра ускоряются в магнитном поле туманности до больших энергий. Расчеты показывают, например, что в условиях Крабовидной туманности однозаряженные частицы могут ускоряться до энергий свыше 3 · 10¹⁴ эв.

Следует также отметить, что решающее значение для подтверждения гипотезы образования космических лучей при вспышках Сверхновых звезд имеет факт обнаружения в туманностях, остатках этих звезд, дискретного радиоизлучения. Сейчас установлено, что Крабовидная туманность — это мощный источник радиоизлучения. Сверхновая Тихо Браге, остатки которой пока еще не удалось обнаружить с помощью оптических телескопов, была найдена только по радиоизлучению. Природа космического дискретного радиоизлучения оставалась долгое время непонятной, пока И. С. Шкловский не высказал предположение о том что оно вызывается заряженными частицами, выброшенными при вспышках Сверхновых. Таким образом, космические лучи и космическое радиоизлучение имеют общее происхождение.

Часть быстрых частиц покидает туманность и может получить дальнейшее ускорение при движении в магнитном поле Галактики или при прохождении через атмосферы магнито-переменных звезд, о которых мы уже упоминали. Сейчас высказывается предположение, что частицы с наибольшими энергиями (10¹⁸ эв) ускоряются в межгалактическом пространстве. Известную долю в космическом излучении, которое достигает атмосферы Земли, составляет корпускулярное излучение Солнца, особенно в период интенсивного протекания ядерных процессов на его поверхности. Мы приводили данные, показывающие, что во время вспышек на Солнце интенсивность космических лучей на Земле значительно увеличивается.

Рассмотрим теперь вопрос о том, изменяется ли химический состав космических лучей во время их «путешествия» в галактическом пространстве. В настоящее время с помощью гигантских установок удается ускорять протоны до энергий, близких к средней энергии космических лучей. Получены сведения о характере ядерных реакций, протекающих при взаимодействии протонов таких энергий с атомами различных химических элементов. По существу в лабораторных условиях мы моделируем ядерные процессы, которые протекают при взаимодействии космических лучей с атомами межзвездного газа, пыли, туманностей, метеоритов и планет.

При высокой энергии бомбардирующих частиц, свыше 100 Мэв, возможны качественно новые ядерные процессы. Сущность их заключается в том, что налетающая на ядро очень быстрая частица возбуждает его до высоких энергий, при которых ядро как бы «закипает». Из «кипящего» ядра вылетает большое число вторичных частиц — протонов, нейтронов, дейтронов и альфа-частиц. Благодаря этому остается ядро со значительно меньшими значениями А и Ζ по сравнению с исходным. Чем больше энергия бомбардирующих частиц, тем больше вылетает вторичных частиц из ядра и тем легче его остаток. Обнаружены случаи, когда — ядра, облучаемые протонами космических лучей, пол-! ностью разлетаются в виде вторичных частиц.

Полученные в опытах на гигантских ускорителях сведения о характере и вероятности описанных выше процессов дают возможность понять природу взаимодействия космических лучей с атомами элементов всех космических тел, которые встречаются на их пути при «блуждании» в мировом пространстве. Двигаясь по искривленным и запутанным траекториям, частицы космических лучей проходят большие расстояния. Хотя плотность межзвездного газа и пыли в общем невелика, но при длительном движении в них появляется заметная вероятность столкновения частиц космических лучей с ядрами межзвездного вещества. При столкновении с ядрами водорода, которые имеют наибольшую распространенность в этом веществе, образуются в основном пи-мезоны, а более тяжелые ядра расщепляются с образованием ядер самых легких элементов — лития, бериллия и бора. Поэтому становятся понятными аномально высокие содержания этих элементов, наблюдаемые в космических лучах. Мы уже указывали, что литий, бериллий и бор почти полностью выгорают в термоядерных реакциях, протекающих в недрах звезд. Вследствие этого в конце активной жизни звезды содержание этих элементов в ее веществе очень мало.

Следовательно, во время блуждания космических лучей в межгалактическом пространстве их химический состав меняется. Постепенно увеличивается — содержание изотопов легких элементов за счет расщепления более тяжелых.

2. Образование туманностей и ход их эволюции