1-ые 5 минут
1-ые 5 минут
Процессы, которые последовали за уже рассмотренными нами первыми мгновениями и которые происходили в эти минутки, полные драматизма и деяния суровых ядерных сил, обусловили значительные черты хим состава нынешней Вселенной.
Благодаря этим процессам звезды владеют достаточным припасом ядерной энергии. Потому то, что звезды светят, также есть следствие разгула стихий Вселенной в 1-ые 5 минут расширения.
Звезды и другие небесные тела появились из маленький примеси обыденного вещества, о которой мы на время “запамятовали”, рассматривая в прошлом разделе фотоны и пары частиц — античастиц.
Вернемся сейчас к этой маленький примеси обыденного вещества, которое находится в 1-ые толики секунды после начала расширения в “кипящем котле” нейтрино и антинейтрино, электронов и позитронов и световых квантов. Оказывается процессы, в каких участвует обыденное вещество, очень чувствительны к тем условиям, которые властвовали в 1-ые секунды расширения. Эти процессы определили хим состав вещества, из которого много позднее, уже в эру, близкую к нашей, формировались галактики и звезды. Потому хим состав звездного вещества служит чувствительнейшим индикатором физических критерий сначала космологического расширения.
Разглядим процессы, в каких участвует обыденное вещество. В каком состоянии оно находится?
Сначала при температуре выше 10 млрд градусов не может быть нейтральных атомов — все вещество стопроцентно ионизовано и является высокотемпературной плазмой. Более того, при схожей температуре не могут существовать сложные атомные ядра. Сложное ядро было бы мгновенно разбито окружающими энергичными частичками. Потому томными частичками вещества оказываются нейтроны и протоны. Эти частички подвергаются воздействию “кипящего котла” энергичных электронов, позитронов, нейтрино и антинейтрино.
Взаимодействие с этими частичками принуждает нейтроны и протоны стремительно преобразовываться друг в друга. Эти реакции устанавливают равновесие меж нейтронами и протонами. Когда температуры довольно значительны, больше 100 млрд градусов, концентрации нейтронов и протонов будут приблизительно равны.
В процессе расширения Вселенной с снижением температуры становится больше протонов и меньше нейтронов. Равенство концентраций нарушается, так как масса нейтрона больше массы протона и образование протона энергетически более прибыльно, а означает, возможность образования протона больше, чем нейтрона. Если б реакции длилось и после нескольких секунд с начала расширения, то через несколько 10-ов секунд количество нейтронов стало бы жалким.
Но быстроту реакции резко находится в зависимости от температуры. С убыванием ее миниатюризируется скорость этих реакций, и они практически прекращаются после первых секунд расширения. Относительное содержание нейтронов “застывает” на значении около 15 процентов от всех томных частиц.
После чего, когда температура падает до млрд градусов, становится вероятным образование простых сложных ядер. Сейчас энергии квантов и других частиц но хватает для того, чтоб разбивать сложное ядро. Все имеющиеся нейтроны захватываются протонами, давая поначалу дейтерий, а позже реакции с ролью дейтерия приводят в конце концов к ядрам атома гелия. Появляется также очень маленькое количество изотопа гелия-3, дейтерия и лития.Более сложных ядер в этих критериях фактически совершенно не появляется. Дело в том, что образование таких частей в сколько-либо значимых количествах может происходить в итоге парных столкновений ядер и частиц, уже имеющихся. Это означает, что образование более сложных ядер может начинаться при столкновении ядер гелия-4 с нейтронами, протонами либо с теми же ядрами гелия-4. Но эти столкновения не ведут к образованию сложных ядер с относительной атомной массой 5 либо 8, так как таких устойчивых ядер нет!
Обозначенные предпосылки ведут к тому, что синтез частей сначала расширения ограничивается только легкими элементами и завершается приблизительно через 300 секунд после начала расширения, когда температура падает ниже млрд градусов и энергия частиц уже недостаточна для ядерных реакций. Реакции, приведшие к образованию гелия, подобны тем, что происходят при взрыве водородной бомбы. Образование частей тяжелее гелия происходит в звездах уже в нашу эру. В звездах вещество находится довольно длительно, и даже не очень резвые реакции успевают пройти. Синтез частей тяжелее железа происходит во взрывных процессах (во вспышках сверхновых звезд). Газ, прошедший стадию нуклеосинтеза в звездах, потом отчасти выбрасывается из их в окружающее место при неспешном истечении с поверхности звезд в при взрывах. Из этого газа позже формируются звезды следующих поколений и другие небесные тела.
Вернемся к синтезу легких частей сначала космологического расширения. Потому что практически все нейтроны пошли на создание атомов гелия, то несложно подсчитать, сколько появляется гелия. Каждый нейтрон заходит в состав ядра гелия-4 в паре с протоном, потому толика гелия по весу будет равной двойной концентрации нейтронов, другими словами 30 процентов.
Итак, по истечении приблизительно 5 минут с начала расширения вещество состоит на 30 процентов из ядер атомов гелия и на 70 процентов из протонов — ядер атома водорода. Таковой хим состав вещества остается в предстоящем постоянным, прямо до образования галактик и звезд, когда процессы неуклеосинтеза начинают идти в недрах звезд.
Подтверждают ли наблюдения вывод о хим составе дозвездного вещества?
Новиков И.Д.