Звездная эволюция и синтез химических элементов
https://elementy.ru/video/620/Zvezdnaya_evolyutsiya_i_sintez_khimicheskikh_elementovДмитрий Зигфридович Вибе
Доктор физико-математических наук, заведующий отделом физики и эволюции звезд Института астрономии РАН, профессор РАН.
Заметил несколько оговорок (и на слайдах иногда несоответствия имеются) – возможно, лектор спешит (типа, времени на лекцию выделено немного, а рассказать нужно о многом).
«Реперные» отметки.
2:29 – слайд «Атом – неделимый». Небольшая цитата из «Природы вещей» (Тит Лукреций Кар, I в. до н.э.).
3:13 – слайд «Химические элементы». Далее, кратко поясняет, как эволюционировали представления людей о строении материи.
6:03 – слайд «Периодическая система Д.И. Менделеева».
7:13 – слайд (строение атома).
7:42 – слайд (изотопы).
8:36 – слайд (изотопы, ионы)
9:15 – слайд. Химическая история вселенной – история изотопов. Разные изотопы одного и того же элемента могут иметь кардинально различное происхождение (в 10:58 упоминает про аргон). Показаны: протий, дейтерий, тритий.
11:50 – слайд (распад ядер).
13:11 – слайд (виды распада, диаграмма устойчивости). Упоминает про свинец и висмут.
15:52 – слайд «Распространённость химических элементов: тело человека».
16:20 – слайд «Распространённость химических элементов: земная кора (0,5% массы Земли)».
17:19 – слайд «Распространённость химических элементов: Земля».
17:49 – слайд «Химический состав Солнца». Упоминает
о доминировании (и в составе Солнца, и в составе Земли)
альфа-элементов (или продуктов их распада).
19:06 – слайд «Химический состав Солнечной системы».
20:45 – слайд «Химический состав звёзд».
21:59 – слайд «Откуда взялся водород?».
22:40 – слайд «Происхождение химических элементов: αβγ-теория».
24:23 – слайд «Первые изотопы».
25:12 – слайд «Первичный нуклеосинтез». На весь этот первичный нуклеосинтез есть минут двадцать. Схема нуклеосинтеза. Далее приводятся ещё несколько слайдов с графиками.
26:49 – слайд «Предсказания BBN». Далее приводятся несколько слайдов (содержание различных элементов).
29:03 – слайд «Проблема лития-7 (и лития-6)».
29:19 – слайд «Предсказания BBN». Обобщения.
30:13 – слайд «Что дальше?». Ещё одна схема нуклеосинтеза.
30:38 – слайд «Звёздная эволюция».
31:52 – слайд «Источник звёздной энергии».
34:39 – слайд «Горение водорода: протон-протонный цикл». Схемы нуклеосинтеза элементов.
36:09 – слайд «Горение водорода: CNO-цикл». Схемы нуклеосинтеза элементов.
37:46 – слайд «Термоядерные реакции в звёздах».
38:17 – слайд «Пределы звёздных масс». Упоминает про коричневые карлики (диапазон от 13 масс Юпитера до 0,08 массы Солнца).
40:27 – слайд «перенос энергии».
43:50 – слайд (диаграмма Герцшпрунга – Рассела, эволюция звёзд).
45:03 – слайд «Вырожденный газ».
45:54 – слайд «Эволюция звёзд минимальных масс (меньше 0,5 массы Солнца)». Конечный этап эволюции – образование гелиевого белого карлика.
46:17 – слайд «Эволюция звёзд солнечного типа».
Стадии эволюции: образование гелиевого вырожденного ядра; формирование слоевого источника энерговыделения (протон-протонный цикл – превращение водорода в гелий); расширение звезды (КГ); в результате нагрева ядра, в нём запускается следующий процесс энерговыделения (тройной альфа-процесс – превращение гелия в углерод и кислород); возникновение гелиевой вспышки; вырождение в ядре снимается и начинается нормальное горение гелия; небольшое остывание и небольшое сжатие звезды; образование углеродно-кислородного вырожденного ядра (плюс два слоевых источника энерговыделения: внутренний – горение гелия, внешний – горение водорода); звезда снова расширяется (АВГ); образование углеродно-кислородного белого карлика.
50:21 – слайд «Судьба Солнца».
51:41 – слайд (обобщающее краткое описание эволюции звёзд различной массы).
53:06 – слайд «Термоядерные реакции и тепло».
Далее рассказывает о различных эффектах, связанных с конвекцией (возникают замкнутые каскады реакций (циклы), приводящие к синтезу различных элементов).
55:48 – слайд «Потеря вещества».
56:51 – слайд «Звёзды с массой более 10 масс Солнца». Горение неона, горение кислорода.
57:14 – слайд «Горение кремния». Озвучивает
причину доминирования альфа-элементов. Упоминает о большой сложности происходящих процессов синтеза и распада.
Каскады реакций приводят к синтезу радиоактивного никеля (как к конечному продукту – «всего этого благолепия»), который распадается до радиоактивного кобальта, который, в свою очередь, распадается до железа.
58:48 – слайд ««Луковичная» структура». Структура звезды в разрезе – показаны послойно зоны, в которых протекают те или иные процессы. Упоминает, что такое представление очень упрощено и даже, возможно, является ложным (поясняет, почему).
59:55 – слайд «Особенности эволюции массивных звёзд».
1:00:32 – слайд «Массивные звёзды на диаграмме ГР».
1:00:46 – слайд «Голубые сверхгиганты». Примеры звёзд.
1:01:09 – слайд «Красные сверхгиганты». Примеры звёзд.
1:01:37 – слайд «Яркие голубые переменные (LBV)». Следом слайд «Ветер Бетельгейзе».
1:02:17 – слайд «Звёзды Вольфа-Райе». Результат финальной стадии сброса массы звезды в процессе эволюции – остался только внутренний горящий «огрызочек».
1:03:09 – слайд «Эволюционные треки массивных звёзд». Основной фактор – потеря массы. Финал всегда один: заканчивается горение – звезда начинает схлопываться.
1:03:44 – слайд «Вспышка сверхновой с коллапсом ядра». Упоминает, что общепринятых теорий происходящего пока нет.
1:04:24 – слайд «Нейтронные звёзды». Дальнейшее сжатие удерживается давлением врожденного нейтронного газа.
1:05:02 – слайд «Чёрная дыра».
1:05:44 – слайд «Реакции с генерацией свободных нейтронов». S-процесс (медленный захват) и R-процесс (быстрый захват).
1:07:57 – слайд «S-процесс». Захват нейтронов происходит редко, поэтому нужны стабильные изотопы. С помощью S-процесса синтез элементов может дойти до висмута (как конечного продукта).
1:08:32 – слайд «R-процесс». В результате такого процесса могут получаться ядра богатые нейтронами (но нейтронов вокруг должно быть много).
1:09:03 – слайд «Вспышка сверхновой + взрывной нуклеосинтез».
1:09:42 – слайд «Взрывы на белых карликах». Идут процессы по схожему сценарию, как и при гелиевой вспышке (только от самой звезды ничего не остаётся). Предполагается, что такие процессы являются более существенными поставщиками железа, чем процессы в сверхновых.
1:11:06 – слайд «Сливающиеся нейтронные звёзды». Могут протекать R-процессы.
1:14:11 – слайд «S или R?».
1:15:02 – слайд «Реакции скалывания». Возможно, бериллий, бор и литий-6, это единственные элементы, которые в основном (преимущественно) синтезируются в межзвёздной/межпланетной среде.
1:17:03 – слайд «Круговорот вещества в природе». Подразумевается, круговорот, в масштабах вселенной.
1:17:58 – слайд «Химическая эволюция галактики». Содержание железа в звёздах в зависимости от их возраста.
1:20:52 – слайд «Химическая эволюция галактики». Постепенное обогащение межзвёздной среды продуктами звёздного термоядерного и ядерного синтеза. Образование следующих поколений звёзд из обогащённого вещества.
1:21:11 – слайд «Массивные звёзды при нулевой металличности».
Далее идут два подытоживающих слайда. Упоминается о крайне низкой эффективности нуклеосинтеза – к настоящему времени всего около 2% было синтезировано тяжёлых элементов (тяжелее гелия).
