Образование химических элементов в космических телах 1

Мы уже указывали на то, что после вспышек Новых и Сверхновых звезд основная их масса превращается в белые карлики — плотные звезды малых размеров. Они состоят в основном из ядер тяжелых элементов, и поэтому ядерные реакции синтеза элементов в них не протекают. Их атомы, безусловно, так же, как и в холодных телах, подвергаются радиоактивному распаду и другим ядерным реакциям, приводящим к их постепенному разрушению. Но не эти процессы, по-видимому, определяют судьбу ядер химических элементов в белых карликах.

Десять лет назад акад. В· А. Амбарцумян и научный сотрудник Бюраканской обсерватории Г. С. Саакян высказали смелое предположение о том, что звезды могут образоваться при взрыве космических тел, плотность которых выше плотности белых карликов. Но в то время не было никаких теоретических данных о возможности существования таких тел. Первым доказательством теории В. А. Амбарцумяна послужила вспышка «нейтронной» звезды, обнаруженной в 1958 г. американскими астрономами. На снимке, сделанном в Маунт-Паломарской обсерватории, обнаружена Новая звезда, которая вспыхнула в период 1954–1958 гг. Наличие мощного телескопа позволило сфотографировать эту звезду, хотя яркость ее в 30 000 раз меньше, чем яркость звезд, обнаруженных невооруженным глазом. Американские астрономы считают, что на фотографии в данном случае была зарегистрирована звезда, ранее никогда не наблюдаемая. Это так называемая «нейтронная» звезда, масса которой неизмеримо больше массы самых тяжелых звезд белых карликов. Подсчеты показывают, что 1 см³ вещества этой звезды весит около 40 млн. т, что в пять — десять миллионов раз превышает вес вещества, из которого состоят белые карлики. При таких огромных плотностях ядра атомов не только очень тесно сжимаются друг с другом, но, например, протоны, входящие в их состав, могут превращаться в нейтроны, нейтроны же в таких условиях, как это показано теоретически, не должны самопроизвольно переходить в протоны (что наблюдается в земных условиях). Так, на примере «нейтронных» звезд мы можем познать еще один вид существования вещества во Вселенной.

Однако, как выяснилось, такая плотность вещества, которая предполагается в «нейтронных» звездах, не является предельной.

В. А. Амбарцумян и Г. С. Саакян показали, что возможно еще большее сжатие, при котором нуклон как бы «сминает» мезонную оболочку соседнего нуклона (см. рис. 6), вдавливается в нее и может ее полностью разрушить. Этот процесс, вообще говоря, аналогичен процессу взаимодействия очень быстрых частиц с нуклонами ядра. При столкновениях ядерных частиц, разгоняемых в гигантских синхрофазотронах или в потоке космических лучей, протоны и нейтроны также «впрессовываются» друг в друга. При этом, как мы уже указывали, рождаются новые частицы — мезоны, гипероны и другие. Такой же процесс происходит и в космических телах с высокой плотностью вещества. Показано, что при плотностях, равных 1 · 10¹⁵ г/см³, появляются гипероны, а при плотностях, в десять раз больших, их число почти равно числу нейтронов.

Таким образом, при высоких плотностях вещества, в сотни раз превышающих ядерную плотность, космическая материя может состоять из сплошной массы «слипшихся» друг с другом гиперонов; гипероны в этих условиях становятся стабильными частицами и не подвергаются распаду. Это состояние вещества можно представить как ком прижатых друг к другу до отказа «кернов» нуклонов: их оболочки из мезонов полностью* разрушены. Гиперонный ком окружен более разреженным поясом из нейтронов, который, в свою очередь, окутан внешним слоем из обычных протонов и электронов. Плотность вещества в такой системе может в 10 млрд, раз превышать плотность белых карликов. Для наглядности укажем, что наперсток, наполненный веществом гиперонной звезды, весил бы 10 млн. т.

Совсем недавно Д. А. Франк-Каменецкий математически обосновал предположение о том, что в веществе при очень высоких плотностях, наряду с рождением гиперонов и мезонов, особое значение приобретает множественное рождение нуклонных пар — частиц и античастиц. Вещество, состоящее из нуклонных пар, стабилизированных гравитационным полем и высокой температурой, представляет собой новую разновидность плазмы заряженных частиц и может быть названо эпиплазмой (еще одно состояние вещества).

Образование эпиплазмы может иметь весьма существенные астрофизические следствия. Прежде всего ее образованием, · по-видимому, можно объяснить непонятные до сих пор различия в характере и причинах взрыва у Сверхновых типа I и II. Для Сверхновых типа I с массой около 1,5 солнечной массы доля вещества, переходящая в состояние нуклонных пар, мала.