LVIV.COM

Sci-bro: Найкоротший урок астрономії від львівського вченого Богдана Мелеха

Ділись, Бро

Sci-bro: Найкоротший урок астрономії від львівського вченого Богдана Мелеха
Sci-bro

Здоров, бро! Ти вже, певно, знаєш, що всі ми — зоряний пил і всяке таке, але, підозрюю, тобі хочеться дізнатись трохи деталей, щоб наступного разу, коли ви будете чілити з братюнями на хаті, ти зміг розповісти їм про термоядерний синтез, дефект мас атомного ядра і не почервонів, коли попросять пояснити "E=mc2". 


Для того, щоб дуже стисло і зрозуміло тобі все це розписати, ми пішли до львівського астрофізика Богдана Мелеха в універ на кафедру астрофізики. "Стисло" — це не про нього, бо львівський Ніл Деграсс Тайсон (ану дивись і кажи чи тобі теж трохи нагадує) любить свою роботу і розповідає про неї годинами. Але ми знаємо, що ти зайнятий братюня і тому лови дуже коротку версію. Зараз ти зацікавишся і точно захочеш сходити на лекцію, щоб послухати повну версію — і ми тобі точно дамо знати, коли таке буде. А наразі тримай:

Атоми

Окей, вся справа в будові атомного ядра, яке складається з протонів та нейтронів. Протони — додатньо заряджені, нейтрони — нейтральні. Ядро Гідрогену — це один протон. Ніби все зрозуміло.

Sci-bro: Найкоротший урок астрономії від львівського вченого Богдана Мелеха

Гідроген

Але звідки ж беруться всі інші елементи? І що таке термоядрена реакція?

Термоядерні реакції синтезу

Десь на уроках фізики в школі ми чули, що частинки з різними зарядами притягуються, а з однаковими — відштовхуються. Ці сили відштовхування та притягання називають кулонівськими.

Sci-bro: Найкоротший урок астрономії від львівського вченого Богдана Мелеха

Кулонівське відштовхування

Що вища температура, то швидше рухаються частинки і то легше їм подолати це кулонівське відштовхування. У надрах зір температура достатньо висока, щоб атомні ядра об'єднувалися, формуючи все важчі ядра. Все, тепер ти знаєш, що таке термоядерна реакція.

Отже, спочатку йде Гідроген — у нього один протон. Далі, внаслідок зіткнення чотирьох Гідрогенів, утворюється Гелій, в якого вже два протони та нейтрони, і так далі... 

Sci-bro: Найкоротший урок астрономії від львівського вченого Богдана Мелеха

Ядро Гелію

Період синтезу Гелію в житті зорі є найдовшим. Що масивніша зоря — то швидше вигоряє її гідрогенне пальне у Гелій. Натомість менш масивні зорі потребують менше пального, а тому живуть довше.

Планетарні туманності

Sci-bro: Найкоротший урок астрономії від львівського вченого Богдана Мелеха

Туманність «Котяче Око» — планетарна туманність  у сузір'ї Дракон

Так відбувається з зорями, які мають масу меншу, ніж 8 мас Сонця.

Якщо ж зоря є масивнішою, ніж 8 Сонць, її життя закінчується набагато катастрофічніше — у вибусі наднової.

Наднова

Для того, щоб зрозуміти, як утворюється наднова, розберемося з відомою формулою Ейнштейна, а також з таким явищем, як дефект мас атомного ядра.

Sci-bro: Найкоротший урок астрономії від львівського вченого Богдана Мелеха

Крабоподібна туманність — волокниста туманність в сузір'ї Тельця, що є залишком наднової.

Уявіть собі атом Гелію. Ми вже знаємо, що це — два протони та два нейтрони. Якщо виміряти масу кожного з них окремо (поза ядром Гелію), то їхня сумарна маса буде більшою, аніж коли всі вони вже об’єдналися й називаються Гелієм. Цей надлишок і є дефектом мас і про нього ми ще зараз поговоримо.

Sci-bro: Найкоротший урок астрономії від львівського вченого Богдана Мелеха

Тут все просто: Е — енергія, m — маса, с2 — швидкість світла в квадраті.

Отож, якщо взяти цей надлишок маси, який залишається після об’єднання окремих протонів та нейтронів, і помножити його на швидкість світла в квадраті (299 792 458 м/с), то отримаємо дуже багато енергії. І ця енергія витрачаєтсья на протистояння гравітації.

А тепер нарешті про наднову. Перед вибухом вона схожа на цибулину. У поверхневих шарах синтезуються ядра легших елементів, а далі, що ближче до центру — то важчих. Закінчується все на залізі, воно в самісінькому центрі.

Sci-bro: Найкоротший урок астрономії від львівського вченого Богдана МелехаНаднова перед вибухом

З ядрами всіх елементів до заліза відбувається те саме, що й з Гелієм: їхні окремі протони та нейтрони легші, ніж сумарна маса. Проте, після Заліза все навпаки. Реакція з екзотермічної (тобто, з виділенням енергії) перетворюється в ендотермічну (тобто, з її поглинанням). Це означає, що реакції синтезу працюють вже не проти гравітації, а з нею.

Ядро такої зорі починає швидко колапсувати і за ним падають усі поверхневі шари зорі, залишаючи після себе в центрі дуже щільний об’єкт радіусом 10-20 км.

Коли ядро різко перестає колапсувати, утворюється зворотня ударна хвиля. Вона поширюється назовні, різко збільшуючи швидкість екзотермічних термоядерних реакцій у шарах зорі, що падають, і вони вибухають.

Це — вибух наднової. Він може бути таким яскравим, що затьмарює своїм світлом мільярди зір всієї галактики.

Під час цього вибуху синтезуються ядра елементів, важчих за залізо. Таким чином смерть зорі у вибусі наднової приводить до синтезу ядер легких та важких елементів, збільшуючи тим самим хімічну різноманітність Всесвіту.

Зараз читають
×