Свет невидимого

Таких «холодильников» во Вселенной столько, «сколько звезд на небе». Вероятно, эта поговорка никогда не была так к месту. Потому что здесь ее следует понимать буквально. Каждая звезда — «холодильник» с «холодильной камерой» — оболочкой и «поршневой камерой» — ядром.

Вот почему в гелиевом ядре температура сильно повышается, а водородная оболочка звезды значительно остывает. Это слово надо понимать, конечно, относительно. Водородная оболочка имеет температуру 3000–4000 градусов; при такой температуре не озябнешь!

Тут, разумеется, возникает вопрос: как об этом узнали? Как раз это оказалось сравнительно несложным. Обратили внимание на то, что те звезды, в которых мало водорода, но много гелия, имеют на поверхности более низкую температуру. Определять температуру звезд, хотя и не очень простая, но, в общем, вполне посильная задача: чем белее звезда, тем она жарче разогрета, чем краснее, тем она холоднее. (Вспомните: «Нагреть до белого каления».)

В гелиевом ядре таких звезд возникают условия, которые по нашим, земным, меркам и представить трудно: температура 100–150 миллионов градусов. (Лишнее подтверждение справедливости французской пословицы: «Всякое сравнение хромает». Вспомните сравнение, которое я приводил несколькими строками ранее; как видим, «масло» нагрето сильнее «воды» на сотню с лишним миллионов градусов…) Плотность вещества, образующего гелиевые звезды — несколько центнеров на кубический сантиметр. Плотность хорошая — такая, что одна щепоть этого звездного вещества потянула бы столько, сколько хорошо груженный КамАЗ.

Вот при таких условиях становится возможной реакция:

3⁴₂He = ¹²₆C.

Из трех ядер гелия образуется одно ядро углерода. Эта реакция может идти и при «прохладной» температуре — доказательством служит то, что углерод обнаружен на Солнце. Но при такой низкой (сравнительно, конечно) температуре, как на нашем светиле, реакция образования углерода идет очень медленно; поэтому этого элемента так мало на Солнце.

А вот при 150 миллионах градусов образование углерода протекает очень быстро. Проходит каких-нибудь 10–100 миллионов лет — и гелия на звезде нет или, вернее, почти нет: выгорел.

«Дым» при этом «горении» получается очень увесистый. Дело в том, что при такой чудовищной температуре, которая повышается по мере выгорания гелия, образовавшийся углерод продолжает присоединять ядра атомов гелия. При этом происходит ряд последовательных реакций:

¹²₆C + ⁴₂He = ¹⁶₈O — образуется кислород;

¹⁶₈O + ⁴₂He = ²⁰₁₀Ne — образуется неон;

²⁰₁₀Ne + ⁴₂He = ²⁴₁₂Mg — образуется магний.

Астрономам известно несколько звезд, которые преимущественно состоят из магния. Так что приведенные уравнения ядерных процессов — отнюдь не досужий вымысел.

Из водорода — магний! Такое значительное увеличение атомного веса химических элементов, образующих звезду, не проходит для нее бесследно. Центральная область ее продолжает уплотняться, сжиматься. Температура звезды при этом, конечно, возрастает. Сейчас она выражается уже совершенно немыслимой величиной: 3 миллиарда градусов! При такой температуре возможны самые неожиданные процессы. Начинают соединяться друг с другом ядра углерода:

¹²₆C + ¹²₆C = ²⁴₁₂Mg.

Два углеродных ядра, сливаясь, могут давать и другие продукты:

¹²₆C + ¹²₆C = ²³₁₁Na + ¹₁H.

При этой реакции образуются ядра атомов водорода — протоны. Но это уже совсем не тот «кроткий» водород, каким он был в начале цикла развития звезды, когда протекала тихая и мирная реакция образования гелия. Еще бы! Там ведь температура была каких-нибудь жалких 20 миллионов градусов — что это в сравнении с нынешними тремя миллиардами!

Такие «яростные» протоны начинают активно участвовать в ядерных реакциях, приводя к образованию различных элементов, расположенных в Периодической системе в районе магния — алюминия — кремния.

И уж совсем безудержными становятся при такой температуре еще не успевшие вступить в термоядерные реакции ядра атомов гелия — альфа-частицы. При взаимодействии альфа-частиц с тем уже достаточно широким набором элементов, какой уже имеется на звезде, круг элементов расширяется еще больше. Но главное то, что при этих реакциях образуются свободные нейтроны.

Коль скоро появились нейтроны, жди богатого урожая разнообразных химических элементов. Ведь незаряженная частица нейтрон — самый эффективный снаряд для осуществления ядерных реакций. Впрочем, с чудесными свойствами нейтрона мы познакомимся поближе в следующей главе.

С появлением нейтронов на звездах образуются разнообразные химические элементы, которые уже можно назвать тяжелыми: молибден, барий, вольфрам и многие другие.

О том, что развитие звезды сопровождается образованием все более тяжелых элементов, говорят прямые экспериментальные факты. Так, обнаружены звезды, в состав которых входит не существующий в природных условиях на Земле 43-й элемент технеций. Именно о такой звезде шла речь в упоминавшейся мною прежде аналитической лаборатории.