Вселенная и образование изотопов химических элементов





НазваниеВселенная и образование изотопов химических элементов
страница5/7
Дата публикации30.11.2014
Размер0.95 Mb.
ТипДокументы
100-bal.ru > Физика > Документы
1   2   3   4   5   6   7


Основные формы материи, предположительно существовавшие на ранней стадии эволюции Вселенной могут быть:

  1. Кварк-глюонная плазма – сверхплотная форма вещества, существовавшая на ранней стадии эволюции Вселенной до объединения кварков в классические элементарные частицы (до конфайнмента).

  2. Докварковые сверхплотные материальные образования, составляющие которых – струны и другие объекты, которыми оперируют теории великого объединения (см. выше: теория струн, суперструн – ТБО, ТСО).

  3. Струноподобные объекты в современной физической теории претендуют на роль наиболее фундаментальных материальных образований, к которым можно свести все элементарные частицы, т.е. в конечном счёте, все известные формы материи.

Данный уровень анализа материи, возможно, позволит объяснить с единых позиций свойства различных элементарных частиц. Принадлежность к «веществу» здесь следует понимать условно, поскольку различие между вещественной и полевой формами материи на данном уровне стирается.

Элементарная частица – собирательный термин, относящийся к микрообъектам в субъядерном масштабе, которые невозможно расщепить (или пока это не доказано) на составные части (рисунок 1.3.1). Их строение и поведение изучается физикой элементарных частиц. Понятие элементарных частиц основывается на факте дискретного строения вещества. Ряд элементарных частиц имеет сложную внутреннюю структуру, однако разделить их на части пока невозможно. Другие элементарные частицы являются бесструктурными и могут считаться первичными фундаментальными частицами. Начиная с 1932 года, было открыто более 400 элементарных частиц. Существуют многочисленные классификации элементарных частиц (рисунок 1.3.1).

По величине спина все элементарные частицы делятся на два класса.

Фермионы – частицы с полуцелым спином (например, электрон, протон, нейтрон, нейтрино).

Бозоны – частицы с целым спином (например, фотон).

По видам взаимодействий элементарные частицы делятся на следующие группы: адроны – частицы, участвующие во всех видах фундаментальных взаимодействий. Они состоят из кварков и подразделяются, в свою очередь, на: мезоны (адроны с целым спином, т. е. бозоны); барионы (адроны с полуцелым спином, т. е. фермионы). К ним, в частности, относятся частицы, составляющие ядро атома, протон и нейтрон. Лептоны – фермионы, которые имеют вид точечных частиц (т. е. не состоящих ни из чего) вплоть до масштабов порядка 10-18 м. Они не участвуют в сильных взаимодействиях. Участие в электромагнитных взаимодействиях экспериментально наблюдается только для заряженных лептонов (электроныe, мюоны – µ, тау-лептоныτ) и не наблюдается для нейтрино – νe, νµ, ντ. Известны 6 типов лептонов.

Кварки – дробно заряженные частицы, входящие в состав адронов. В свободном состоянии не наблюдались. Как и лептоны, делятся на 6 типов и являются бесструктурными, однако, в отличие от лептонов, участвуют в сильном взаимодействии;

калибровочные бозоны – частицы, посредством обмена которыми осуществляются взаимодействия: фотон – частица, переносящая электромагнитное взаимодействие;

восемь глюонов – частиц, переносящих сильное взаимодействие; три промежуточных векторных бозона W+, W− и Z0, переносящие слабое взаимодействие;

гравитон – частица, переносящая гравитационное взаимодействие. Существование гравитонов, хотя пока не доказано экспериментально в связи со слабостью гравитационного взаимодействия, считается вполне вероятным.

Адроны и лептоны образуют вещество. Калибровочные бозоны – это кванты разных видов излучения.

Кроме того, в Стандартной Модели с необходимостью присутствует Хиггсовский бозон, который, впрочем, пока ещё не обнаружен экспериментально.

Бозон Хиггса, или Хиггсовский бозон (иногда говорят просто «Хиггс») – элементарная частица, квант поля Хиггса, с необходимостью возникающая в Стандартной Модели вследствие хиггсовского механизма спонтанного нарушения электрослабой симметрии. По построению, Хиггсовский бозон является скалярной частицей, то есть обладает нулевым спином. Постулирован Питером Хиггсом в 1960 году (по другим данным, в 1964 году), в рамках Стандартной Модели отвечает за массу элементарных частиц (http://ru.wikipedia.org/wiki/Бозон_Хиггса). В Стандартной модели – единственной на сегодня теории, которая хорошо описывает мир элементарных частиц, – до сих пор не проверено на опыте одно очень важное явление – хиггсовский механизм нарушения электрослабой симметрии (Поиск Хиггсовского бозона на LHC, http://elementy.ru/LHC/LHC/tasks/higgs).

Журнал TIMES назвал 10 самых главных научных событий 2008 года. (Эти события касаются всех наук). Рейтинг возглавил Большой Адронный Коллайдер (LHC), запуск которого начался 10 сентября 2008 г. Крупнейший в мире ускоритель элементарных частиц строился с 90-х годов усилиями физиков и инженеров из многих стран. Ученые надеются, что результаты исследований позволят подтвердить существование Хиггсовского бозона – частицы, отвечающей за массу всех других элементарных частиц.

Первоначально термин «элементарная частица» подразумевал нечто абсолютно элементарное, первокирпичик материи. В 1950-х и 1960-х годах были открыты сотни адронов с похожими свойствами, стало ясно, что, по крайней мере, адроны обладают внутренними степенями свободы, т.е. не являются в строгом смысле слова элементарными. Это подозрение в дальнейшем подтвердилось, когда выяснилось, что адроны состоят из кварков (ru.wikipedia.org/wiki/Частица_(физика); http://slovari.yandex.ru/dict/bse/article/00093/06700.htm).

В самом крупном масштабе Вселенная представляет собой расширяющееся пространство.

а) Адронная эра. При очень высоких температурах и плотности, в самом начале существования Вселенной, материя состояла из элементарных частиц. Вещество, на самом раннем этапе, состояло, прежде всего, из адронов, и поэтому ранняя эра эволюции Вселенной называется адронной, несмотря на то, что в то время существовали и лептоны. Никогда после этого сильное взаимодействие (ядерная сила) не проявлялась во Вселенной в такой мере, как в адронную эру, длившуюся всего лишь одну десятитысячную долю секунды.






Рисунок 1.3.1 Известные элементарные частицы. Протоны и нейтроны, образующие атомные ядра, сами состоят из кварков, которые сегодня считаются элементарными. В природе существуют также электроны и их более тяжелые короткоживущие аналоги – мюоны (μ) и тау-лептоны (τ). Кроме этого в природе имеются нейтрино трех типов, νe, νμ, ντ. Нейтрино не имеют электрического заряда и чрезвычайно слабо взаимодействует с веществом: в качестве иллюстрации, они пронизывают Землю, Солнце практически свободно. На рисунке не показаны фотоны и другие частицы, ответственные за взаимодействия, − W±- и Z-бозоны (Рубаков, В.А., 2005, http://elementy.ru/lib/25560/25565)
б) Лептонная эра. Когда энергия частиц и фотонов понизилась, в веществе было много лептонов. Температура была достаточно высокой, чтобы обеспечить интенсивное возникновение электронов, позитронов и нейтрино. Барионы (протоны и нейтроны), пережившие адронную эру, стали по сравнению с лептонами и фотонами встречаться гораздо реже. Лептонная эра начинается с распада последних адронов-пионов – в мюоны и мюонное нейтрино, а кончается через несколько секунд при температуре 1010 К, когда энергия фотонов уменьшилась, и материализация электронов и позитронов прекратилась. Во время этого этапа начинается независимое существование электронного и мюонного нейтрино, которые мы называем «реликтовыми». Всё пространство Вселенной наполнилось огромным количеством реликтовых электронных и мюонных нейтрино. Возникает нейтринное море.

в) Фотонная эра или эра излучения. Температура Вселенной понизилась еще больше, произошла только аннигиляция электронов и позитронов. Новые электронно-позитронные пары не могли возникать вследствие материализации, потому, что фотоны не обладали достаточной энергией. Но аннигиляция электронов и позитронов продолжалась дальше, пока давление излучения полностью не отделило вещество от антивещества. Со времени адронной и лептонной эры Вселенная была заполнена фотонами. К концу лептонной эры фотонов было в два миллиарда раз больше, чем протонов и электронов. Важнейшей составной частью Вселенной после лептонной эры становятся фотоны, причем не только по количеству, но и по энергии.


Рисунок 1.3.2 Связь температуры, энергии, размеров, плотности и времени в ранней Вселенной. Нижняя часть схемы показывает кварковский и лептонный состав материи (Пенионжкевич. Ю.Э., 1998; http://nature.web.ru/db/msg.html?mid=1197390)
Некоторые авторы (Волантэн, Л., 1986) рассматривают эволюцию Вселенной как смену четырех последовательных эр, в результате которой, согласно новейшим моделям, она пришла к своему теперешнему состоянию (10-30 г/см3, Т = 3 К) (рисунок 1.3.2).

На рисунке 1.3.2 схематично показана эволюция Вселенной по шкалам сверху – вниз: связь температуры, энергии, размеров плотности и времени от Большого Взрыва до появления галактик, звезд, формирования Солнечной системы.… В нижней части этого рисунка 1.3.2 показана также схема эволюции основных элементарных частиц. Это не просто схема эволюции основных элементарных частиц и образования вещества – это схема упорядочения материи с образованием барионного вещества, которое, как будет показано ниже, продолжается и сейчас. Данные рисунков 1.3.1 и 1.3.2 сопоставимы.

В этих моделях предполагается, что Вселенная ведет себя как абсолютно черное тело, температура и плотность которого очень высокие (плотность его больше ядерной 1015 г/см3, а температура выше 1 ГэВ (=1013 К)). Излучение этого абсолютно черного тела состоит из известных адронов, лептонов и фотонов и происходит до тех пор, пока температура выше, чем масса самого легкого из адронов, то есть p-мезона (140 МэВ, температура 1,6∙1012 К). Это соответствует адронной эре, продолжительность которой составляет примерно 10-4 с. К концу ее плотность сравнима с плотностью ядерного вещества.

Когда температура становится ниже 100 МэВ (1012 К), адроны еще остаются, но уже не могут рождаться спонтанно в излучении абсолютно черного тела. Теперь излучение состоит главным образом из лептонов и фотонов, и так остается до тех пор, пока температура выше порога рождения пары е+ + е, то есть примерно 1 МэВ. Охлаждение от 100 до 1 МэВ занимает около 1 с. Это время соответствует так называемой лептонной эре, к концу которой плотность становится 104 г/см3.


Обозначения: n – нейтрон, p – протон, е – электрон, е+ – позитрон,

ν – нейтрино,  – антинейтрино, D – дейтерий, Н – водород, Не – гелий.

Таблица 1.3.1 Первичный нуклеосинтез (Пенионжевич, Ю.Э., 1998; http://natu re.web.ru/db/msg.html?mid=1197390)
При температуре ниже 1 МэВ лептоны хотя и существуют как частицы, но уже не могут спонтанно рождаться в излучении абсолютно черного тела. Теперь излучение состоит преимущественно из фотонов. Это начало радиационной эры, конец которой определяется моментом, после которого излучение (фотонное) существует отдельно от вещества (адронов и лептонов). Эта эра заканчивается примерно через 106 лет после Большого взрыва (Пенионжкевич, Ю.Э., 1998; http://nature.web.ru/db/msg.html?mid=1197390).

В работе Дж. Нарликар (1985) приводятся в хронологическом порядке события, которые происходили во Вселенной начиная с момента 10-2 с после ее рождения.

Из таблицы 1.3.1 видно, что процессы образования ядер прекращаются при t = 35 мин, когда температура Вселенной падает до 3∙108 К. Это означает, что протоны и нейтроны уже не сливаются, образуя более тяжелые ядра. Следующий этап осуществляется, когда возраст Вселенной достигает 7∙105 лет и температура падает до 3000 К. При такой температуре химическая энергия связи атомных ядер и электронов достаточно высока, чтобы удержать их вместе в виде нейтральных атомов. В эту эпоху происходит образование водорода и гелия. На этом завершается этап первичного нуклеосинтеза. Более тяжелые ядра образуются уже в результате процессов, связанных с эволюцией звезд (Пенионжевич, Ю.Э., 1998; http://nature.web.ru/db/msg.html?mid=1197390).

Через несколько лет после открытия явления ядерных превращений Г.И. Покровский (1931 год, цит. по Соботович, Э.В., 1974) один из первых высказал предположение, что химические элементы должны были возникать в звездах в результате ядерных реакций и предложил «равновесную теорию». То есть, все химические элементы во Вселенной образовались одновременно, в результате единого акта творения. Сходная идея была выдвинута в 1948 году Р. Альфером, Г. Бете, Дж.А. Гамовым нейтронного захвата (αβγ-теория). Авторы этих теорий предполагали, что за 15 минут путем последовательного захвата нейтронов и бета-распада образующихся ядер атомов возникли все существующие в природе нуклиды. По этой теории процесс образования химических элементов начался вместе с расширением Вселенной. Эти идеи были развиты С. Вейцзеккером, В.В. Чердынцевым, Ф. Хойли и другими учеными.

Р.Дж. Тейлер, один из ведущих специалистов в области происхождения химических элементов пишет по этому поводу следующее: «Естественно ожидать, что в большинстве галактик – если не во всех – процессы образования элементов протекали аналогично, но имеющиеся в нашем расположении подробные данные наблюдений относятся главным образом к нашей Галактике». … И далее, «химический состав различных звезд нашей Галактики неодинаков» … «некоторые очень старые звезды содержат, лишь весьма малые количества элементов тяжелее гелия и что химический состав, возможно, зависит от положения звезды в Галактике». … При этом «очень низкие содержания тяжелых элементов наблюдаются только в самых старых звездах. Таким образом, создается впечатление, что если первоначальное содержание тяжелых элементов было однородным в пространстве, то оно было исключительно низким, а значительная часть тяжелых элементов, существующая сейчас, образовалась в течение времени, очень короткого по сравнению с возрастом Галактики». … И далее «содержание тяжелых элементов в молодых звездах вблизи центра Галактики, по-видимому, выше, чем в ее внешних областях, а химический состав звезд одного и того же возраста, несомненно, не вполне одинаков. Это указывает на то, что скорость образования тяжелых элементов не была повсюду одинаковой, и что они, возможно, создавались преимущественно в центральных областях Галактики». … «Характерная особенность наблюдаемых содержаний тяжелых элементов состоит в том, что в большинстве звезд, за исключением некоторых звезд с необычным – пекулярным – химическим составом, смесь тяжелых элементов примерно одинакова, хотя их общее количество сильно варьирует. Это привело к предположению, что большая часть тяжелых элементов образовалась в объектах одного типа» (Тейлер, Р.Дж., 1975, с. 154-155).

В настоящее время принята теория образования химических элементов на всех этапах развития звезд, то есть, этот процесс продолжается и сейчас. Авторами этой теории являются американские физики В. Фаулер, Е. Сальпентер, А. Камерон, Л. Гринштейн и английские космофизики Д. Бербридж, Ф. Хойл. Все известные химические элементы образовались в результате наложения ряда процессов. Д. Бербридж дает 8 процессов, необходимых для образования всех химических элементов. Сочетание этих 8 типов ядерных процессов качественно, а в отдельных случаях и количественно объясняет распространенность элементов в пределах Солнечной системы и некоторых ближайших звезд (рисунок 1.3.3).

Наблюдения химического состава космических объектов подтверждают гипотезу, согласно которой первоначальное вещество Вселенной содержало одни легкие элементы, а тяжелые элементы были созданы позже ядерными реакциями.

Элементы вплоть до области железа в периодической системе могут образовываться в реакциях ядерного синтеза, освобождающих энергию. Для того, чтобы начались реакции синтеза, создающие более тяжелые элементы, необходимо поступление энергии. А так как реакции между ядрами, обладающими большими зарядами, происходят очень медленно, поэтому предполагается, что тяжелые ядра были построены путем захвата нейтронов.

Существует два типа процессов нейтронного захвата.

s-Процесс – в котором нейтроны захватываются настолько медленно, что неустойчивые ядра распадаются, не успев присоединить следующий нейтрон. В.Н. Рыжов считает, что s-процесс идет в недрах звезд при их нормальной стадии эволюции (Рыжов, В.Н., 2000). И r-процесс, – в котором ядро успевает присоединить много нейтронов, прежде чем произойдет распад. Тяжелые и сверхтяжелые элементы, находящиеся в таблице Д.И. Менделеева за Bi образуются в результате r-процесса (Рыжов, В.Н., 2000). Быстрый r-процесс создает большую часть изотопов, богатых нейтронами, включая все ядра, обладающие естественной радиоактивностью. В медленном s-процессе создаются изотопы с относительно большим числом протонов. В сумме все эти процессы приводят к тому, что кривая распространенности элементов имеет пики в областях магических чисел нейтронов (Тейлер, Р.Дж., 1975).

p-Процесс представляет собой образование редких, богатых протонами ядер путем захвата протонов или позитронов, так как ни одним процессом нейтронного захвата эти ядра не могут быть созданы. К таким ядрам следует отнести в первую очередь изотопы 111Sn, 112Sn, 115Sn. Физические модели условий протекания p-процесса в звездах остаются пока в большей степени неоднозначными по сравнению с процессами захвата нейтронов (Рыжов, В.Н., 2000).

Рисунок 1.3.3 Основные этапы эволюции массивной звезды и звездного нуклеосинтеза (Физика экзотических ядер ׀ распространенность элементов http://nuclphys.sinp.msu.ru/index.html)

Если вещество, первоначально состоящее из легких элементов, постепенно нагревается, то в нем развиваются в определенной последовательности ядерные реакции. При температурах 107, 108, 5·108, 109 К происходит соответственно горение водорода, гелия, углерода, кислорода. При температуре 2·109 К происходит горение кремния, которое приводит к образованию химических элементов «железного пика» (рисунок 1.3.3).

Горение кремния является конечной стадией термоядерного синтеза нуклидов в массивных звездах, на которой образуются ядра группы железа. Эти ядра обладают максимальной удельной энергией связи (Рыжов, В.Н., 2000). Последняя стадия звезды не может существовать долго, так как в центре ее термоядерные силы угасают. Это состояние звезды называется предсверхновой, предшествующее взрыву звезды вследствие нарушения в ней равновесия (Рыжов, В.Н., 2000).

Последовательность реакций синтеза развивается в медленно эволюционирующих звездах, но реакции могут происходить и взрывообразно, если вещество внезапно нагревается до температуры, превосходящей минимум, необходимый для наступления ядерных реакций. Взрывные процессы существенным образом участвовали в образовании химических элементов (Бронштейн, В.А., 1974; Шкловский, И.С., 1975; Тейлер, Р.Дж., 1975).

Ни одна из теорий: αβγ-теория, теория равновесного процесса, полинейронная теория не могут объяснить наблюдаемую распространенность химических элементов, более того, в пределах нашей Галактики имеются существенные различия в химическом составе различных звезд.

Две немногочисленные группы изотопов с низкими относительными содержаниями не могли быть созданы ни нейтронным захватом, ни термоядерным синтезом. Это наиболее богатые протонами изотопы тяжелых элементов, которые, вероятно, являются продуктами быстрого протонного захвата, а также химические элементы литий, бериллий, бор. Эти элементы образуются, по-видимому, в результате расщепления более тяжелых ядер при столкновении с протонами (Тейлер, Р.Дж., 1975).



Рисунок 1.3.4 Звездный нуклеосинтез (Ишханов, Б.С., Капитонов, И.М., Тутынь, И.А., 1998, http://nuclphys.sinp.msu.ru/nuclsynt/index.html#i)
Таким образом, в общем плане упрощенная схема образования химических элементов может определяться следующими основными ядерными процессами:

1. Термоядерный синтез (образуются химические элементы до Z = 26);

2. Нейтронный захват:

а) s-процесс (образуются химические элементы с относительно большим числом протонов до Z = 83);

б) r- процесс (образуется большая часть изотопов, богатых нейтронами).

3. Быстрый протонный захват – образуются богатые протонами изотопы тяжелых элементов (112Sn, 114Sn, 115Sn – p-процесс).

4. Расщепление более тяжелых ядер при столкновении с протонами.

Последовательность термоядерных реакций образования изотопов химических элементов представлена на рисунке 1.3.4.

Итак, образование химических элементов происходит с помощью ядерных процессов в звездах, которые проходят свой жизненный цикл. «Мы начали исследовать внутреннее строение звезды и вскоре обнаружили, что исследуем строение атома»… (Эддингтон, А., цит. Климишин, И.А., 1989, с. 279).

В процессе эволюции звезды есть период, когда температура в ее недрах повышается, и там развивается последовательность ядерных реакций синтеза. Чем больше масса звезды, тем больше максимальная внутренняя температура и тем больший спектр возможных ядерных реакций (таблица 1.3.2).


Масса Мо

Ядерные реакции

0,08

0,3

0,7

5,0

30,0

Нет

Горение Н

Горение Н, Не

Горение Н, Не, С

Все реакции синтеза, освобождающие энергию


Таблица 1.3.2 Ядерные реакции, происходящие во время нормальной эволюции в звездах разной массы. Приведены приближенные значения масс. Если звезда взрывается, в ней могут развиться и другие реакции

(Тейлер, Р.Дж., 1975, с. 158)
Массивные звезды должны завершать свою эволюцию гораздо быстрее, чем звезды малой массы. Звезды, менее массивные, чем Солнце, остаются на главной последовательности достаточно долго и не могут играть существенной роли в полезном синтезе химических элементов. Полная последовательность ядерных реакций синтеза, с помощью которых создаются тяжелые химические элементы, происходит очень быстро, в виде взрыва. Такие звезды в момент взрыва называют сверхновыми.

Тяжелые химические элементы, выброшенные сверхновыми звездами, представляют собой полезный выход реакций образования тяжелых химических элементов, которые вероятно были образованы на более ранних стадиях эволюции звезды или в ядерных реакциях протекающих взрывообразно во время вспышки сверхновой звезды. Станет ли остаток сверхновой звезды белым карликом, нейтронной звездой, черной дырой (коллапсаром), определяется массой остатка. Помимо сверхновых звезд поступление тяжелых химических элементов в некоторой мере происходит из новых звезд, планетарных туманностей, звезд главной последовательности и звезд красных гигантов. Однако основным поставщиком тяжелых химических элементов в межзвездную среду и определяющим круговорот материи в Галактике являются вспышки сверхновых.

За образование химических элементов могут быть ответственны два типа объектов: звезды и некоторые объекты, более массивные, чем звезды (смотри выше).

Анализируя имеющийся материал Р.Дж. Тейлер (1975, с. 180-182) приходит к выводу, что в данных наблюдениях и теориях много неопределенного и все эти неопределенности можно свести к следующим положениям:

  1. Самые старые звезды в гало галактики содержат очень мало элементов тяжелее гелия.

  2. В звездах диска Галактики содержание тяжелых элементов мало отличается от их содержания в Солнце, причем это справедливо и для звезд, которые лишь немного моложе, чем старые звезды гало.

  3. В большинстве звезд, для которых удалось определить содержание гелия, оно составляет около 25 % по массе, но возможно, что в самых старых звездах гелий по существу отсутствует.

  4. Скорость образования тяжелых элементов в первые 10 % времени жизни Галактики должна быть значительно выше, чем потом.

  5. Необходимо выяснить, мог ли весь гелий, содержащийся в Галактике, образоваться за время ее существования, если он не входил в состав первозданного вещества.

  6. Из всех звезд, наблюдающихся в наше время, только сверхновые могут создавать тяжелые элементы с необходимой скоростью.

  7. Если тяжелые элементы синтезированы в сверхновых, то их содержание в межзвездном веществе должно изменяться в пространстве плавно.

  8. Химический состав межзвездной среды неоднороден и, в частности, возможно, что содержание тяжелых элементов вблизи галактического центра выше, чем в остальной Галактике. Однако ясных указаний на значительные вариации химического состава в небольших областях пространства не существует.

  9. Объекты, в которых происходил быстрый синтез тяжелых элементов в начале истории Галактики, могут принадлежать к типу, не являющемуся обычным для ее современного населения.

10. Полная скорость образования тяжелых элементов должна быть больше скорости «полезного выхода», так как часть тяжелых элементов заключена в остатках взорвавшихся звезд. Полная масса Галактики и пропорции вещества, содержащегося в ней в форме водорода, гелия и тяжелых элементов, известны очень плохо, но в первом приближении можно считать, что:

11. Полный «полезный выход» тяжелых элементов должен быть порядка 2·109 М.

12. Ели гелий – не первозданный, то его «полезный выход» должен быть примерно в 10 раз превосходить «полезный выход» тяжелых элементов, так как в настоящее время в молодых объектах содержание гелия именно во столько раз больше содержания тяжелых элементов.

«У нас есть некоторые соображения о полном количестве тяжелых элементов в Галактике в настоящее время. Полная масса Галактики заключена, вероятно, между 1011 и 2·1011 М, а масса тяжелых элементов в наблюдаемых звездах и в межзвездной среде составляет около 2·109 М или больше» (Тейлер, Р.Дж., 1975, с. 157).

«Как следует из наблюдений химического состава звезд различного возраста, образование элементов в начале существования Галактики должно было происходить значительно быстрее, чем теперь, а это в свою очередь предполагает, что самые ранние поколения звезд состояли преимущественно из массивных звезд.

Если тяжелые элементы образуются в звездах, то попасть в межзвездное пространство они могут, по-видимому, главным образом в результате взрывов сверхновых. Недавно было установлено очень важное обстоятельство, а именно: ядерные реакции, происходящие во время взрывов сверхновых, сильнее сказываются на окончательном химическом составе выбрасываемого газа, чем ядерные реакции, протекающие в эволюционирующей звезде до взрыва. Кажется возможным (но не очевидным), что взрывы сверхновых происходят достаточно часто для того, чтобы обеспечить современную скорость поступления тяжелых элементов в межзвездную среду, но в первых поколениях массивных звезд частота вспышек сверхновых должна быть значительно больше». … «Хотя гипотеза образования тяжелых элементов в звездах кажется вполне правдоподобной, наблюдающиеся в центральных областях некоторых галактик взрывы, в которые, несомненно, вовлечены значительно большие массы вещества, чем взрывы сверхновых, наводят на мысль, что в образовании элементов могли играть существенную роль объекты, гораздо более массивные, чем обычные звезды. Удовлетворительной теории взрывов, наблюдающихся в в центрах галактик, пока не существует, хотя некоторые исследователи высказывали предположение, что это не взрывы сверхновых, а «всплески рождения вещества». Расчеты построения элементов в этих «малых взрывах» показывают, что в них могут образовываться гелий и тяжелые элементы, но в настоящее время их не считают основным источником тяжелых элементов, так как они, по-видимому, не обеспечивают нужного состава смеси тяжелых элементов» (Тейлер, Р.Дж., 1975. с. 202-203).

Таким образом, в первичном космическом котле могли быть созданы не все химические элементы таблицы Д.И. Менделеева (как думал и считал Гамов, Г.А.), а только самые легкие и больше всего по массе до 25 % – гелия. Тяжелые химические элементы синтезируются позднее, при эволюции звезд, взрывах сверхновых, взрывах в центрах галактик, больших массах вещества, гораздо более массивных, чем обычные звезды и т.д.

Вопрос об образовании химических элементов можно условно разделить на две части: образование первичного вещества (материи) и образование (и последующую трансформацию) химических элементов. Образование вещества и химических элементов тесно связано с вопросом происхождения и развития Вселенной.
1   2   3   4   5   6   7

Похожие:

Вселенная и образование изотопов химических элементов iconПрограмма по формированию навыков безопасного поведения на дорогах...
Периодическая система химических элементов Д. И. Менделеева. Знаки химических элементов
Вселенная и образование изотопов химических элементов iconПрограмма по формированию навыков безопасного поведения на дорогах...
Инструктаж по технике безопасности при работе в химическом кабинете. Периодическая система химических элементов Д. И. Менделеева....
Вселенная и образование изотопов химических элементов iconРеферат Этимология названий химических элементов Периодической системы...
Этимология названий химических элементов Периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева
Вселенная и образование изотопов химических элементов iconЭкзаменационные вопросы «Правила по охране труда при использовании...
Периодический закон и периодическая система химических элементов Д. И. Менделеева. Закономерности изменения свойств элементов малых...
Вселенная и образование изотопов химических элементов iconТвоя Вселенная, 2
Рабочая программа учебного курса «Твоя Вселенная» составлена на основе авторской программы Левитана Е. П. «Твоя Вселенная, 2» изданной...
Вселенная и образование изотопов химических элементов iconХорошавин Лев Борисович Докт техн наук реферат
Периодической системе элементов, но и дополнительно по кластерам химических элементов, определять прогнозные свойства новых элементов...
Вселенная и образование изотопов химических элементов iconПредмет: Химия Класс: 8 Тема: Виды химической связи Цель урока: Задачи:...
Периодический закон и периодическая система химических элементов Д. И. Менделеева. Закономерности изменения свойств элементов малых...
Вселенная и образование изотопов химических элементов iconПрограмма по формированию навыков безопасного поведения на дорогах...
Закрепить знания учащихся: по владению символами химических элементов, определению простых и сложных веществ, по составлению химических...
Вселенная и образование изотопов химических элементов iconВнеклассное мероприятие для учащихся 8 классов «Веселые старты» (Соединения...
Цель мероприятия: в игровой форме проверить степень усвоения учащимися основных понятий темы «Соединения химических элементов», сделать...
Вселенная и образование изотопов химических элементов iconЗакон и периодическая система химических элементов Д. И. Менделеева...
Разработка плана-конспекта урока «Периодический закон и периодическая система химических элементов Д. И. Менделеева»
Вселенная и образование изотопов химических элементов iconЛитература: Популярная библиотека химических элементов Издательство «Наука»
Традиционно (в учебниках) элементы подразделяют на группы по их свойствам, но в некоторых случаях, например, при знакомстве с ними...
Вселенная и образование изотопов химических элементов iconЕ. Н. Салыгин (фамилия, инициалы)
Периодический закон и периодическая система химических элементов Д. И. Менделеева. Закономерности изменения свойств элементов малых...
Вселенная и образование изотопов химических элементов iconПротокол №4 от 28. 04. 09 /Рожков А. А./ руководитель мо /Тюпина Г. А
Периодический закон и периодическая система химических элементов Д. И. Менделеева. Закономерности изменения свойств элементов малых...
Вселенная и образование изотопов химических элементов iconПрограмма по формированию навыков безопасного поведения на дорогах...
Образование системы понятий о веществе при изучении периодического закона и периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева,...
Вселенная и образование изотопов химических элементов iconВопросы к экзамену по дисциплине «Химия»
Периодический закон и периодическая система химических элементов Д. И. Менделеева. Закономерности изменения свойств элементов малых...
Вселенная и образование изотопов химических элементов iconСосуды работающие под давлением
Периодический закон и периодическая система химических элементов Д. И. Менделеева. Закономерности изменения свойств элементов малых...


Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2013
контакты
100-bal.ru
Поиск