Число ε: Алхимия в звездах  

В природе атомы существуют в 92 разновидностях, что мы видим в периодической таблице Менделеева. Место каждого атома в ней зависит от числа протонов в его ядре. Таблица начинается атомом водорода, который стоит под № 1, и заканчивается ураном под № 92 (Современные данные показывают, что большое количество тяжелых элементов кроме этого синтезируется при слияниях нейтронных звезд. – Прим. авт.). Ядро атома содержит не только протоны, но и другие частицы, каковые называются нейтронами. Нейтрон мало тяжелее протона, но у него нет электрического заряда. Атомы каждого отдельного элемента смогут существовать в нескольких вариантах, каковые именуют изотопами, с различным числом нейтронов. К примеру, углерод имеет шестой номер в периодической таблице, т. е. его ядро содержит шесть протонов. Самая популярная форма углерода (так называемый 12С) кроме этого содержит шесть нейтронов, но существуют и изотопы с семью либо восемью нейтронами (соответственно – 13С и 14С). Уран – самый тяжелый из видящихся в природе элементов, не смотря на то, что более тяжелые ядра, в которых количество заряженных частиц может быть около 114, смогут быть взяты в лабораториях. Эти сверхтяжелые элементы нестабильны и легко распадаются. Кое-какие, такие как плутоний (№ 94 в периодической таблице) имеют время существования в пара тысяч лет. Элементы с порядковым номером больше 100 смогут быть взяты в опытах, где ядра атомов сталкиваются между собой, но такие элементы распадаются в течение весьма непродолжительного периода.

В то время, когда водород, находящийся в центре громадной звезды, преобразовывается в гелий (элемент № 2 в таблице Менделеева), ее ядро сжимается, увеличивается температура и гелий начинает реагировать. Электрический заряд ядра гелия вдвое выше, чем у водорода, исходя из этого этим частицам необходимо сталкиваться на большей скорости, дабы преодолеть более сильное электрическое отталкивание, а для этого требуется более высокая температура. В то время, когда запас гелия истощается, звезда сжимается и разогревается еще больше. У таких звезд, как Солнце, ядро ни при каких обстоятельствах не достигает таковой температуры, дабы эти преобразования позволили себе слишком много, но центральные части более тяжелых звезд, где притяжение посильнее, нагреваются до миллиарда градусов. Они освобождают взятую энергию методом образования атомов углерода (шесть протонов) и после этого цепочкой преобразований в вещества с понемногу возрастающим ядерным весом: кислород, неон, натрий, кремний и т. д. Количество энергии, высвобождающейся при формировании отдельных ядер атома, зависит от соотношения двух сил: ядерной, которая «склеивает» определенные протоны и нейтроны совместно, и разрушительного результата электрической силы между протонами. Ядра атомов железа (26 протонов) связаны крепче, чем каждые другие атомы; для создания еще более тяжелых ядер требуется еще больше энергии. Так, в то время, когда ядро звезды переживает переход в железо, она испытывает энергетический кризис.

Его последствия драматичны. В то время, когда металлическое ядро достигает порогового размера (приблизительно 1,4 массы Солнца), тяготение берет верх и ядро сжимается до размеров нейтронной звезды. Данный процесс высвобождает достаточно энергии, дабы вещество внешних слоев звезды вспыхнуло в колоссальном взрыве, создавая сверхновую. Более того, эти внешние слои к тому моменту имеют очень неоднородный состав: водород и гелий все еще горят во внешних слоях, но более тёплые внутренние слои продвинулись куда дальше по периодической таблице. Вещество, разлетающееся по космосу, содержит смесь этих элементов. Более всего распространен кислород, за ним следуют углерод, азот, кремний и железо. В случае, если принимать в расчет все типы звезд и разные дороги их развития, то вычисленные пропорции веществ согласуются с тем, что возможно замечать на Земле.

Железо есть всего лишь 26-м элементом в таблице Менделеева. На первый взгляд с более тяжелыми атомами смогут быть неприятности, потому, что для их синтеза нужно вложение энергии. Но огромная температура на протяжении коллапса звезды и взрывная волна, которая разносит ее внешние слои, создают маленькие количества остальных элементов периодической таблицы вплоть до урана под № 92 (Современные данные показывают, что большое количество тяжелых элементов кроме этого синтезируется при слияниях нейтронных звезд. – Прим. авт.).