Արեգակի լույսը պայմանավորված է միջուկային միաձուլմամբ, որն առաջին հերթին ջրածինը վերածում է հելիումի: Այնուամենայնիվ, աստղերը կարող են անցնել հետագա գործընթացներ ՝ ստեղծելով դրանից շատ ավելի ծանր տարրեր: Պատկերային վարկ. NASA / SDO:

60 տարի Starstuff

Մարդկությունը ինչպես է հայտնաբերել, թե որտեղից են մեր տարրերը:

Այս հոդվածը գրել է Փենսիլվանիայի Գիտությունների համալսարանի ֆիզիկոս Փոլ Հալփերը: Փոլը հեղինակ է «Քվանտային լաբիրինթոս» նոր գրքի հեղինակը. Ինչպե՞ս Ռիչարդ Ֆեյմանը և Wheոն Ուիլերը հեղափոխեցին ժամանակը և իրականությունը:

«Դուք չէիք կարող լինել այստեղ, եթե աստղերը չպայթեցվեին, քանի որ տարրերը` ածխածինը, ազոտը, թթվածինը, երկաթը, բոլոր այն բաները, որոնք կարևոր են էվոլյուցիայի և կյանքի համար, ժամանակի սկզբում չեն ստեղծվել: Դրանք ստեղծվել են աստղերի միջուկային վառարաններում, և նրանց միակ մարմինը ձեր մարմնին մտնելու միակ միջոցն այն է, որ եթե այդ աստղերը բավականաչափ բարի լինեին պայթելու համար ... »-լավենս Քրուս

Գիտության մեջ պետք չէ ամեն ինչ ճիշտ ստանալ, որպեսզի առավել անհավատալի բաները ճիշտ ստանան: Երբեմն լավ գաղափարները ծագում են ձախողված պարադիգմից: Երկուսի հիանալի օրինակ է նաև աստղային միջուկային սինթեզի հիմք հանդիսացող թուղթը (պարզագույն միջուկներից բարդ միջուկների ստեղծում) թուղթ, որը լույս է տեսել 1957-ին, որը հայտնի է որպես պարզապես B2FH ՝ չորս հեղինակների սկզբնատետրերից հետո: Առաջին անգամ այն ​​առաջարկեց տարրերի ձևավորման հաջող մոդել: Այն նախագծվել է `խուսափելու համար Big Bang- ի անհրաժեշտությունից և օժանդակել այլընտրանքային բացատրությանը, որը կոչվում է կայուն պետության տեսություն: Այսօր, մինչդեռ «կայուն պետություն» տեսությունը անցյալի մասունք է, աստղային կորիզի սինթեզը լրացնում է Մեծ Բենգի տեսությունը հաջող, համապարփակ բացատրության մեջ, թե ինչպես են տիեզերքի բոլոր տարրերը կառուցվել տարրական մասնիկներից:

Պատմության հետաքրքրաշարժ փաստ է, որ առաջին անգամ աստղագետը օգտագործել է «Մեծ պայթյուն» տերմինը տիեզերքի վաղ փուլերը նկարագրելու համար, նա նկատի ուներ դա: Քեմբրիջի հետազոտող Ֆրեդ Հոյլը (առանցքային թերթում գտնվող «H» - ը), ով արտահայտեց արտահայտությունը BBC- ի 1948-ի ռադիոյի հարցազրույցում, կարծում էր, որ միանգամից առաջանում է տիեզերքում առկա բոլոր հարցի գաղափարը, ինչպես հանկարծակի պոռթկումը տիեզերական կոպիտ տիեզերական պինատայի, լինել համբերատար ծիծաղելի:

Ֆրեդ Հոյլը կանոնավոր էր BBC- ի ռադիոհաղորդումներում 1940-50-ական թվականներին, և աստղային կորիզների սինթեզի ոլորտում ամենաազդեցիկ դեմքերից մեկը: Պատկերային վարկ. Բրիտանական հեռարձակող ընկերություն:

Մինչ նա հավատում էր ընդլայնվող տիեզերքին, նա կարծում էր, որ այն հավերժ կտևի Մոտակա համբավի կայուն վիճակում, թարմ նյութի դանդաղ հնարքով լրացնելով բացերը `մի դերձակի նման` մեծացող երեխայի համար նոր կոճակներ ավելացնելով կոստյում:

Մեծ պայթյունի ժամանակ ընդլայնվող տիեզերքը ժամանակի ընթացքում նյութի նոսրացման պատճառ է հանդիսանում, մինչդեռ կայուն պետության տեսության մեջ, նյութերի շարունակական ստեղծումը ապահովում է, որ խտությունը մնում է ժամանակի ընթացքում կայուն: Պատկերային վարկ. E. Siegel.

Հոյլի «Կայուն պետություն» սխեմայի հիմնական խնդիրներից մեկը, որը համակցված էր Թոմաս Գոլդի և Հերման Բոնդիի հետ, բացատրում էր, թե ինչպես են ցուրտ, տարրական մասնիկները, որոնք աստիճանաբար տիեզերք են նետվում տիեզերքում, կարող են վերածվել ավելի բարձր տարրերի: Այդ տիրույթում Big Bang տեսությունը, սկզբում, պնդում էր, որ ունի բոլոր պատասխանները: Gamորջ Գամոուն իր ուսանող Ռալֆ Ալֆերի հետ միասին առաջարկեց բացատրել տարրերի ստեղծման ամբողջականությունը Big Bang- ի նուկլեինթեզի միջոցով: Այսինքն ՝ նրանք պնդում էին, որ Մեծ Բանգի կրակոտ սրբիչը կեղծել է բոլոր բնական քիմիական տարրերը ՝ ջրածինը մինչև ուրանի միջոցով, պարզ պրոտոնի և նեյտրոնային շինությունների բլոկներից: Նրանք իրենց աշխատանքները հրապարակեցին «Քիմիական տարրերի ծագումը» հիմնական աշխատությունում, որը հայտնվեց 1948 թվականի ապրիլին:

Georgeորջ Գամոուն, կանգնած (խողովակով) աջ կողմում, Բրագի լաբորատորիայում 1930/1931: Պատկերային վարկ. Սերժ Լաչինով:

Գամոուն հիանալի հումորի զգացում ուներ և սիրում էր գործնական կատակներ խաղալ: Նշելով, որ Ալֆերի անունը և նրա նմանությունը հունական այբուբենի, ալֆայի և գամայի առաջին և երրորդ տառերը, երբ նա հանձնել է թուղթը, նա որոշեց ավելացնել ֆիզիկոս Հանս Բեթեի անունը, որը հնչում էր բետա նման, որպես երկրորդ հեղինակ: Բեթան գրեթե ոչինչ չուներ թղթի հետ: Այնուամենայնիվ, նա nucleosynthesis- ի մասնագետ էր, ուստի գաղափարը այնքան խենթ չէր, որքան հնչում էր: Այսպիսով, սեմինարի հոդվածը համընդհանուր հայտնի է որպես ալֆա-բետա-գամմա թուղթ: (Երբ թիմին միացավ նաև մեկ այլ շրջանավարտ ուսանող Ռոբերտ Հերման, Գամոուն կատակով առաջարկեց, որ իր անունը փոխվի «Դելտեր», պարզապես տեղավորվելու համար):

1948-ի հանրահայտ Ալֆեր-Բեթ-Գամոու թուղթը, որը մանրամասն նկարագրեց Մեծ պայթյունի նուկլեոսինթեզի որոշ նուրբ կետերը: Լույսի տարրերը ճիշտ կանխատեսվեցին; ծանր տարրերը չէին: Պատկերային վարկ. Ֆիզիկական ակնարկ (1948):

Հպարտանալով իր խելացի բառախաղով, ինչպես նաև իր նոր գաղափարով ՝ Գամոուն թղթի պատճենը ուղարկեց իր ընկերոջ ՝ շվեդ ֆիզիկոս Օսկար Կլեին ՝ խորհուրդ տալով դրա կարևորության մասին: «Թվում է, որ այս« այբբենական »հոդվածը կարող է ներկայացնել ալֆա տարրերի արտադրության օմեգայի համար», - գրել է Գամոուն: «Ինչպե՞ս ես քեզ դուր գալիս»: Քլենն այնուհետև պատասխանեց.

«Շատ շնորհակալ եմ, որ ինձ ուղարկեցիք ձեր հմայիչ այբբենական թուղթը: Այնուամենայնիվ, ինձ թույլ կտաք կասկածել, որ այն ներկայացնում է «տարրերի արտադրության ալֆա օմեգա»: Ինչ վերաբերում է գամմային անցնելուն, ես, իհարկե, լիովին համաձայն եմ ձեզ հետ, և որ այս պայծառ սկիզբը իսկապես շատ հեռանկարային է թվում, բայց հետագա զարգացման համար ես տեսնում եմ դժվարություններ »:

Իսկապես, Կլեյնի պատասխանը տեղին էր: Ալֆա-բետա-գամմա թուղթը բառացիորեն կարող էր բացատրել միայն առաջին երեք տարրերը ՝ ջրածինը, հելիումը և (սահմանափակ չափով) լիթիումը: Դրանք կարող են կառուցվել քայլ առ քայլ, ինչպես սանդուղքի թեքահարթակները, ավելացնելով պրոտոն, նեյտրոն կամ դյութերոն (պրոտոն-նեյտրոնային համադրություն) `բարձրանալու հաջորդ իզոտոպին: Լիթիումի արտադրությունից բացի կային ճակատագրական խնդիր. Ատոմային զանգվածի կայուն իզոտոպներ չկան (պրոտոնների գումարած նեյտրոնների) գումար հինգ կամ ութ:

  • Պրոտոն կամ նեյտրոնային հելիում 4-ին ավելացնելը, կամ էլ հելիում -5 կամ լիթիում -5 ստեղծելը, կհանգեցնի, որ կամ մեկը քայքայվի 10–21 վայրկյանից պակաս ժամանակահատվածում:
  • Երկու հելիում -4 միջուկներ միասին ավելացնելը ՝ beryllium-8 ստեղծելու համար, հանգեցնում է քայքայման ընդամենը 10– 16 վայրկյանների ընթացքում:

Առանց զանգվածի հինգ կամ ութի լավ քայլի, թվում էր, որ չկա հետագա առաջընթացի լավ միջոց: Օրինակ ՝ ոչ մի ճանապարհ չկար, կարող էր հավաքվել ածխածինը, մանավանդ այն սահմանափակ ժամանակահատվածում, որ տիեզերքն ամենաթեժ էր: Երբ մտածում ես նույնիսկ ավելի բարձր, ավելի ծանր տարրերի մասին, խնդիրը միայն ավելի բարդացավ: Այսպիսով, Big Bang- ի նուկլեինթեզի սանդուղքը բացակայում էր առանցքային ժայռերը, որոնք դատապարտված էին այն որպես ամբողջ պարբերական աղյուսակի ամբողջական նկարագրություն:

Հելիում -4-ի, դեուտիումի, հելիում -3-ի և լիթիում -7-ի կանխատեսված առատությունները, ինչպես կանխատեսում է Big Bang Nucleosynthesis- ը, կարմիր շրջաններում ցուցադրված դիտարկումներով: Չնայած որոշ տարրեր ստեղծվել են Մեծ Բանգ Բենզինի կողմից, պարբերական աղյուսակի մեծ մասը այդպես չէ: Պատկերային վարկ. NASA / WMAP գիտական ​​թիմ:

Միևնույն ժամանակ, Հոյլը դրեց իր վարկածը, որ հելիումից դուրս բոլոր բարձրագույն տարրերը արտադրվում են կարմիր հսկա աստղերի մեջ: Մեկ տասնամյակի ընթացքում `1940-ականների կեսերից մինչև 1950-ականների կեսերը, նա սկսեց դիտարկել միջուկային գործընթացների տարբեր տեսակներ, որոնք կարող էին կառուցել ավելի բարձր տարրեր` ածխածնի, ազոտի և թթվածնի կրակոտ աստղային միջուկներում: Դրանք կպահանջեին անչափ բարձր ջերմաստիճան, որը երկար ժամանակ պահպանվում էր:

Caltech- ում CC (Charles Christian) դանիացի միջուկային ֆիզիկոս Լաուրիցենը հիմնադրել էր հզոր միջուկային կառուցվածքի կենտրոն, որը կոչվում էր WK Kellogg ճառագայթային լաբորատորիա: 1950-ականներին այնտեղի հետազոտողները ներառում էին Լաուրիցենի շրջանավարտ ուսանող Ուիլյամ Ֆաուերը և Լորիցենի որդին ՝ Թոմասը, իր իսկ կողմից իրականացված ֆիզիկոս: Լաբորատորիան առանձնանում էր մասնիկների արագացուցիչների օգտագործման միջոցով ՝ մասնիկներն արագացնելու և արագացնելու համար միջուկային թիրախները, ինչը որոշ դեպքերում առաջացնում է փոխարկումներ:

Վիլլի Ֆաուլերը Կալտեխի WK Kellogg ճառագայթային լաբորատորիայում, որը հաստատեց Հոյլի նահանգի գոյությունը և եռակի ալֆա գործընթացը: Պատկերի վարկ. Caltech Archives.

Քելլոգի լաբորատորիայի հնարավորությունից ելնելով ՝ Հոյլը կազմակերպեց բազմաթիվ երկար այցելություններ Կալտեխ ՝ սկսած 1953 թ.-ին: Լաբորատորիա ժամանելուն պես նա անմիջապես մարտահրավեր նետեց հետազոտողներին `ուսումնասիրելու իր հիպոթեզը ածխածնի երկարատև հուզված վիճակի մասին, որը գործում էր որպես աստղային կորիզների զարգացման կարևոր քայլ: Fowler- ը, երկու Lauristens- ը և մեկ այլ ֆիզիկոս, որը կոչվում է CW Cook, նպատակադրվեց գտնել այդ վիճակը և շատ շուտով հաջողվեց այն արտադրել: Դա սկսվեց բարձր եկամտաբեր համագործակցություն Հոյլի, Ֆաուլերի և այլոց միջև: Նրանց շուտով միացան բրիտանացի աստղագետներ Է. Մարգարետ և offեֆրի Բըրբիջի կին և ամուսինների թիմը, որոնք աշխատել էին Քեմբրիջում Հոյլի հետ:

Մարգարիտ և offեֆրի Բուրբիդջ ՝ աստղային կորիզների միացման ռահվիրաներ: Պատկերի վարկ. Caltech Archives.

1956-ի դեկտեմբերի 30-ին Kellogg- ում տարրերի փոխանցման աշխատանքը, որը ներառում էր դեզերոններով ածխածնի ռմբակոծումը, ցուցադրվեց Նյու Յորք Թայմսում ՝ որպես կայուն պետություն տեսության ապացույց, ի տարբերություն Մեծ Բանգգի: Անդրադառնալով Թոմաս Լորիցենի այդ տարում Ամերիկյան ֆիզիկական ընկերության ամենամյա ժողովում ունեցած ելույթին ՝ վերնագրում ասվում է. «Ֆիզիկոսը ածխածնի հելիում է. Փոխարկումը ողջունելի է, քանի որ օգնում է բացատրել տիեզերքի ծագումը. «Մեծ պայթյուն» տեսության հիթը »:

Աստղային կորիզների սինթեզի հաջողությունը հայտարարող վերնագրերը… և ավելի ծանր տարրերի ալֆա-բետա-գամմա կանխատեսումների աճը: Պատկերային վարկ. New York Times.

Մեկ տարի անց ՝ 1957 թ.-ի հոկտեմբերի 1-ին, երկու Burbidges- ը ՝ Fowler- ը և Hoyle- ը (B²FH) «Ժամանակակից ֆիզիկայի» ակնարկներում հրապարակեցին «Սովորական տարրեր սինթեզը աստղերում» սեմինարային թերթը: Նկատի ունենալով Hoyle- ի տեսական փորձաքննությունը, Burbidges- ի դիտորդական նոու-հաուն և Fowler- ի փորձարարական ուժը (որը նա վերցրեց մասամբ CC Lauritsen- ից), թուղթը փայլուն ցուցադրում էր այն մասին, թե ինչպես են ստեղծվել տարրերը ՝ դրանք բաժանելով տարբեր գործընթացների, սկսած ջրածնի այրման և հելիումի այրման գործընթացից և շարունակվում են այսպես կոչված «s» (դանդաղ նեյտրոնի գրավում), «r» (նեյտրոնի արագ գրավում) և «p» (պրոտոնի գրավում) գործընթացներում, որոնք ընդգրկում են ավելի բարձր տարրեր:

Աստղերում նուկլեինթեզից տարրեր ստեղծելու եղանակները `կայուն և անկայուն: Պատկերային վարկ. Ուոսլի, Առնետ և Քլեյթոն (1974), աստղաֆիզիկական հանդես:

Նրանք ցույց տվեցին, թե ինչպես ծերացող աստղերը, որոնք բավականաչափ զանգվածային էին, ինչպիսիք էին «Կարմիր հսկաները» և «Սուպերգիգանտները», կարող էին էներգետիկ նպատակահարմար գտնել իրենց միջուկներում ստեղծել բոլոր տարրերը մինչև երկաթ: Նույնիսկ ավելի բարձր տարրերը կարող էին արտադրվել գերծանրքաշային պայթյունի ծայրահեղ պայմաններում, որի վրա տարրերի ամբողջական գամումը կթողարկվեր տիեզերք:

Գերմարդկային մնացորդը ոչ միայն դուրս է մղում պայթյունի արդյունքում ստեղծված ծանր տարրերը դեպի Տիեզերք, բայց այդ տարրերի առկայությունը հնարավոր է հայտնաբերել Երկրից: Պատկերային վարկ. NASA / Chandra ռենտգեն աստղադիտարան:

Այլապես չհիմնավորված հոդվածի հիմնական սահմանափակումն էր տիեզերքում հելիումի զանգվածային քանակությունը կանխատեսելը նրա ձախողումն էր: Չնայած նրան, որ բոլոր աստղերը ջրածինը միացնում են հելիում, բայց նրանք միայն ստեղծում են Տիեզերք, որն այսօր մասսայականորեն կազմում էր ավելի քիչ, քան 5% հելիում: Այնուամենայնիվ, մենք տեսնում ենք մի տիեզերք, որտեղ նրա զանգվածի 25% -ից ավելին հելիում է: Այդ տոկոսն արտադրելու համար անհրաժեշտ էր, որ թեժ Big Bang- ը անհրաժեշտ էր: Big Bang- ի կանխատեսումների սերտ համապատասխանությունը ջրածնի և հելիումի իրական հարաբերակցությանը, ինչպես նաև 1965-ին Արնո Պենզիասի և Ռոբերտ Ուիլսոնի հայտնաբերած տիեզերական ֆոնային ճառագայթահարման բացահայտումը, ցրտահարվեց հիմնական տիեզերքից ստացված ճառագայթահարման «իրերը»: աստղագետների աջակցությունը Մեծ Բենգին կայուն Պետության նկատմամբ:

1960-ականների կեսերին Hoyle- ը և Burbidges- ը հանեցին Steady State- ի սկզբնական տեսությունը, բայց Hoyle- ի ուսանողի հետ միասին Jayայանթ Նառլիկարը այլընտրանք մշակեց "փոքրիկ խոպոպիկներով", որը կոչվում էր քվազի կայուն վիճակ: Մինչև իր մահը 2001 թ., Հոյլը շարունակում էր ընդգրկել այդ տեսությունը: Մինչ Fowler- ը Նոբելյան մրցանակ էր նվաճել իր միջուկային հետազոտությունների համար, ընդհանուր առմամբ, հավանաբար, Hoyle- ը և Burbidges- ը ստացան համեմատաբար քիչ վարկ իրենց սեմինարի ներդրումների համար:

2007-ին, Վիրջինիա Տրիմբլի հետ միասին, ես օգնեցի կազմակերպել սեմինար Ամերիկյան ֆիզիկական հասարակության ժողովի հանդիպման ժամանակ ՝ ի պատիվ B²FH թերթի 50-ամյակի: Thenեֆրի Բըրբիջը, այն ժամանակ անմխիթար առողջության պայմաններում, բուժքույրին օգնելով և սայլակով սահմանափակվելով, ներկա էր և ելույթ ունեցավ: Նրա ոգին և ձայնը նույնքան ուժեղ էին, որքան երբևէ: Ես հիշում եմ, որ նա խոսում էր այն մասին, թե ինչպես է Big Bang մարդիկ ասում, որ անմիտ կիտրոններ են, որոնք հետևում են իրենց ժայռին իրենց առաջնորդին: Նա մահացավ ավելի քիչ, քան երեք տարի անց:

Այսօր Մարգարեթ Բուրբիջը, 97 տարեկան հասակում, թերթի միակ հեղինակը դեռ կենդանի է, քանի որ մենք նշում ենք նրա 60-ամյակը: Եկեք կենացը բարձրացնենք պրոֆ. Burbidge- ին և նրա հանգուցյալ գործընկերներին ՝ ի նշան այն պահի, երբ մարդկությունը հասկացավ, որ այն պատրաստված է աստղային իրերից:

Starts With A Bang- ը հիմնված է Forbes- ում, որը վերահրապարակվում է Medium- ի շնորհիվ մեր Patreon- ի կողմնակիցների: Պատվիրե՛ք Էթանի առաջին գիրքը ՝ «The Beyond Galaxy» - ից և նախնական պատվիրեք նրա հաջորդ ՝ «Տրեկոլոգիա. Աստղային ճանապարհի գիտությունը Tricords- ից Warp Drive»: