Yadernaya astrofizika

Ya.a. pokazala tesnuyu vzaimosvyaz' fiziki mikro- i makromira. Proverennye v laboratornyh opytah predstavleniya o yadernyh processah, strukture yadra, elementarnyh chasticah i ih vzaimodeistviyah sostavlyayut nadezhnyi bazis Ya.a. Na etoi osnove Ya.a. stroit svoi issledovaniya kosmich. yavlenii. S dr. storony, Ya.a. ispol'zuet prirodnuyu kosmich. laboratoriyu (chasticy vysokih energii, potoki neitrino i t.d.) dlya polucheniya novyh eksperimental'nyh dannyh i proverki razlichnyh teorii v oblasti yadernoi fiziki i fiziki elementarnyh chastic.

Reakcii mezhdu zaryazhennymi chasticami trebuyut preodoleniya energeticheskogo (kulonovskogo) bar'era. Istochnikom neobhodimoi dlya etogo energii yavl. libo teplovoe dvizhenie chastic (takie reakcii naz. termoyadernymi), libo processy gazodinamicheskogo i el.-magn. uskoreniya chastic v neravnovesnoi plazme (holodnye plazmennye processy). V usloviyah, kogda veshestvo obladaet vysokoi plotnost'yu pri otnositel'no nizkoi temp-re, vozmozhny t.n. piknoyadernye reakcii, skorost' kotoryh nechuvstvitel'na k temperature, no si'lno zavisit ot plotnosti.

Reakcii pod deistviem neitronov ne imeyut energetich. bar'era, no sami neitrony yavl. produktom dr. yadernyh processov, chto v ryade sluchaev ogranichivaet reakcii s ih uchastiem. Skorost' reakcii s uchastiem neitrino, k k-rym otnosyatsya beta-processy, sushestvenno rastet s energiei, obespechivaemoi libo energiei teplovogo dvizheniya, libo (v sluchae vyrozhdennogo veshestva) energiei dvizheniya vyrozhdennyh elektronov.

Primenenie dostizhenii yadernoi fiziki k izucheniyu kosmich. yavlenii pozvolilo postroit' kachestvenno soglasuyushiesya s nablyudeniyami teoriyu obrazovaniya, stroeniya i evolyucii zvezd, teoriyu vzryva sverhnovyh zvezd i obrazovaniya pul'sarov, teoriyu obrazovaniya him. elementov. V takih teoriyah sushestvennuyu rol' igrayut sleduyushie processy Ya.a.:
1) N-process - prevrashenie vodoroda v gelii po reakciyam vodorodnogo cikla i uglerodnogo cikla, on sluzhit istochnikom energii dlya zvezd glavnoi posledovatel'nosti (sm. Evolyuciya zvezd);
2) -process - sovokupnost' gelievyh reakcii (3 ⁴He¹²C s vydeleniem energii) i sleduyushih za nimi reakcii yader ugleroda i kisloroda v nedrah zvezd-gigantov;
3) e-process - obrazovanie zheleza i blizkih k nemu elementov v yadrah daleko proevolyucionirovavshih zvezd v usloviyah, blizkih k termodinamicheskomu ravnovesiyu, pri temp-rah K (neposredstvenno pered vspyshkoi sverhnovoi zvezdy);
4)s-process - medlennyi process neitronnogo zahvata v "vygorevshih" yadrah zvezd-gigantov (t.e. v yadrah, lishennyh yadernogo goryuchego);
5) r-process - bystryi process neitronnogo zahvata pri vspyshkah sverhnovyh;
6) p-process - obrazovanie oboidennyh yader pri reakciyah s uchastiem protonov;
7) H-process - obrazovanie Li, Be i B v neravnovesnoi plazme posredstvom reakcii skalyvaniya (kogda legkaya chastica vysokoi energii stalkivaetsya s tyazhelym yadrom i vybivaet legkii oskolok);
8) neitronizaciya yader - prevrashenie sovokupnosti yader i vysokoenergichnyh elektronov v neitronnuyu zhidkost' s nebol'shoi primes'yu protonov i elektronov;
9) ispuskanie neitrino i antineitrino pri gravitac. kollapse;
10) neitrinnaya ignitaciya - podzhiganie termoyadernyh reakcii neitrinnym izlucheniem v vyrozhdennom veshestve zvezd pri kollapse ih uglerodno-kislorodnyh yader;
11) obrazovanie oboidennyh yader elementov pri vzaimodeistvii neitrinnogo izlucheniya s veshestvom obolochki kollapsiruyushei zvezdy.

Sovokupnost' perechislennyh processov pozvolyaet ob'yasnit' prezhde vsego svetimost' zvezd. Dalee ob'yasnyayutsya osn. cherty nablyudaemoi rasprostranennosti elementov. Pryamoe podtverzhdenie predstavlenii Ya.a. dolzhna dat' neitrinnaya astronomiya.

Vazhnaya problema Ya.a. - vyyavlenie putei obrazovaniya tyazhelyh yader i istochnikov neitronov, neobhodimyh dlya sinteza yader v processah neitronnogo zahvata. Neitrony dolzhny obrazovyvat'sya v sverhplotnom veshestve zvezdnyh nedr v processe gravitac. kollapsa (za schet vysokoi energii vyrozhdennogo gaza elektronov) i za schet energii dr. chastic pri ochen' vysokoi temp-re. Pri etom v usloviyah izbytochnosti neitronov realizuetsya polnoe ravnovesie processov sinteza i raspada dlya otnositel'no legkih yader (s massovym chislom ) i kinetich. ravnovesie mezhdu beta-raspadami i reakciyami otshepleniya protonov (dlya bolee tyazhelyh yader). Bystryi neitronnyi zahvat nosit v etih usloviyah harakter t.n. rbc-processa (r-processa s obratnoi svyaz'yu), pozvolyayushego ob'yasnit' obrazovanie elementov s . Sintez yader, idushii ot legkih k bolee tyazhelym yadram, protekaet t.o., chto effekty rasshepleniya yader i -processy (vklyuchaemye v rbc-process) sposobstvuyut obrazovaniyu znachit. kolichestva yader nek-ryh legkih elementov (otvechayushih pikam krivoi rasprostranennosti elementov v intervale 70< A <130). Soglasie vyvodov teorii s harakterom eksperimental'noi krivoi rasprostranennosti elementov okazalos' vpolne udovletvoritel'nym.

Spec. problemy Ya.a. svyazany s proishozhdeniem elementov Solnechnoi sistemy. Sr. soderzhanie Li v zemnoi kore primerno v 30 raz vyshe, chem v atmosfere Solnca, i blizko k soderzhaniyu Li v molodyh zvezdah tipa T Tel'ca. V kamennyh meteoritah Li primerno stol'ko zhe, skol'ko i v zemnoi kore. Otsyuda sleduet, chto povyshennoe soderzhanie Li v zemnoi kore i meteoritah otrazhaet harakter veshestva, iz k-rogo oni obrazovalis'. V meteoritah obnaruzheny i drugie anomalii izotopnogo sostava, k-rye pokazyvayut, chto neposredstvenno pered obrazovaniem meteoritov v ishodnom veshestve proishodili yadernye reakcii (sm. Kosmohronologiya yadernaya). T.o., dannye Ya.a. ukazyvayut, chto vozniknovenie planetnoi sistemy proishodilo v epohu, kogda Solnce bylo molodoi zvezdoi, podobnoi zvezdam tipa T Tel'ca, i chto Solnce i planety obrazovalis' iz odnogo i togo zhe veshestva, obogashennogo tyazhelymi elementami, po-vidimomu, produktami vzryva kakoi-to dr. zvezdy (Solnce yavl. zvezdoi vtorogo, a mozhet byt' i tret'ego pokoleniya, sm. Proishozhdenie Solnechnoi sistemy).

Ne razreshennoi do sih por problemoi Ya.a. yavl. ob'yasnenie opytov po obnaruzheniyu solnechnyh neitrino.

K ochen' vazhnym novym problemam Ya.a. otnositsya problema raspada protona. Iz sovr. teorii elementarnyh chastic sleduet, chto proton nestabilen i vremya ego zhizni sostavlyaet > 10³¹ let. T.o., v ves'ma otdalennom budushem vse zvezdy, vozmozhno, prevratyatsya v neitrino i fotony.

Lit.:
Zel'dovich Ya.B., Novikov I.D., Stroenie i evolyuciya Vselennoi, M., 1975; Teiler R.Dzh., Proishozhdenie himicheskih elementov, per. s angl., M., 1975; Voitkevich G.V., Himicheskaya evolyuciya Solnechnoi sistemy, M., 1979.

(M.Yu. Hlopov)