Из рис. 42 видно, что после взрыва наступает сильное охлаждение звезды; она сжимается до очень малых размеров, так как в ней нет больше источников ядерных реакций. Сжатие продолжается до тех пор, пока бывшая звезда-гигант не превратится в белый карлик с чрезвычайно большой плотностью. Белые карлики, по-видимому, образуются и после ряда вспышек одних и тех же Новых звезд. Наблюдения подтверждают, что на месте взрыва Новых и Сверхновых звезд всегда можно обнаружить маленькую звезду слабой светимости. Тем самым создавалось впечатление, что от каждой звезды, закончившей свой жизненный путь, остается «звездный труп». Но исследования последних лет показали, что это не так. Из этих «трупов» в определенных условиях, по-видимому, могут создаваться новые звезды, но об этом мы расскажем в последней главе.

Таковы в самых общих чертах основные положения современной теории синтеза химических элементов, которая, безусловно, находится на правильном пути. Она исходит из положений, что химические элементы образуются на всех стадиях эволюции звезд в разнообразных ядерных процессах: термоядерных реакциях синтеза гелия из ядер водорода в их различных вариантах, реакциях присоединения ядер гелия, слияния ядер углерода, медленных и быстрых процессах присоединения нейтронов и, наконец, быстрых равновесных процессах. Каждому состоянию звезды соответствуют определенные ядерные процессы синтеза элементов, и, наоборот, когда заканчивается стадия того или иного ядерного процесса, звезда переходит в качественно новое состояние. Таким образом, эволюция звезды и синтез элементов — два взаимосвязанных и взаимообусловленных процесса.

Безусловно, в описанной выше теории синтеза элементов в звездах еще есть неясные места, многие ее положения недостаточно обоснованы. Однако дальнейшее развитие техники осуществления ядерных реакций в лабораторных условиях и усовершенствование телескопов принесут много новых данных о ядерных реакциях, приводящих к синтезу элементов, что позволит еще глубже проникнуть в тайну рождения ядер химических элементов.

В последней главе мы рассмотрим вопрос о том, какие изменения претерпевают атомы химических элементов, выброшенные в виде туманностей при вспышках Сверхновых и Новых звезд, а также оставшихся в веществе белых карликов. Мы покажем, что судьба их различна.

Глава четвертая

ЭВОЛЮЦИЯ ЭЛЕМЕНТОВ ВО ВСЕЛЕННОЙ

Чем глубже проникает человек в тайны природы, тем больше он познает взаимосвязь и сложность ее явлений. Уже теперь стало ясно, что нельзя рассматривать историю развития какого-нибудь космического тела вне связи с другими телами. Тем более невозможно изучать эволюцию химических элементов, рожденных в недрах гигантских звезд и при мощных вспышках Сверхновых, в отрыве от эволюции тех космических тел, в состав которых они входят.

В этой, последней главе мы попытаемся рассмотреть эволюцию атомов химических элементов, которые выбрасываются при вспышке Сверхновых звезд. Следует отметить, что по этому вопросу еще очень мало данных. Однако благодаря усилиям ученых, работающих в различных областях знаний, с каждым годом мы получаем все больше доказательств того, что атомы претерпевают различные превращения даже в таких космических телах, в которых не протекают интенсивные ядерные процессы.

Первая гипотеза о происхождении космических лучей была высказана Р. Милликеном еще в то время; когда общепринятым было представление об их аналогии с электромагнитным излучением. Милликен предположил, что космические лучи образуются в реакциях синтеза ядер гелия из четырех протонов в космическом пространстве. После установления природы космических лучей эта гипотеза была отвергнута. Взамен ее предлагались другие гипотезы, но только теория, развиваемая в последние годы советскими физиками В. Л. Гинзбургом и И. С. Шкловским, представляет существенный интерес. Согласно этой теории, космические лучи образуются в основном при вспышках Сверхновых звезд. Известно, что при этих вспышках из оболочек красных гигантов выбрасывается огромное количество атомных ядер. Их число предполагается равным около 10⁵¹ частиц на одну вспышку.

Сверхновые звезды и туманности, остающиеся на месте вспышки, и являются источниками космических лучей в течение очень длительного времени. Это обусловлено тем, что образовавшиеся туманности имеют магнитные поля. Магнитное поле обнаружили в Крабовидной туманности. Выброшенные со скоростью в несколько тысяч километров в секунду атомные ядра ускоряются в магнитном поле туманности до больших энергий. Расчеты показывают, например, что в условиях Крабовидной туманности однозаряженные частицы могут ускоряться до энергий свыше 3 · 10¹⁴ эв.

Следует также отметить, что решающее значение для подтверждения гипотезы образования космических лучей при вспышках Сверхновых звезд имеет факт обнаружения в туманностях, остатках этих звезд, дискретного радиоизлучения. Сейчас установлено, что Крабовидная туманность — это мощный источник радиоизлучения. Сверхновая Тихо Браге, остатки которой пока еще не удалось обнаружить с помощью оптических телескопов, была найдена только по радиоизлучению. Природа космического дискретного радиоизлучения оставалась долгое время непонятной, пока И. С. Шкловский не высказал предположение о том что оно вызывается заряженными частицами, выброшенными при вспышках Сверхновых. Таким образом, космические лучи и космическое радиоизлучение имеют общее происхождение.

Часть быстрых частиц покидает туманность и может получить дальнейшее ускорение при движении в магнитном поле Галактики или при прохождении через атмосферы магнито-переменных звезд, о которых мы уже упоминали. Сейчас высказывается предположение, что частицы с наибольшими энергиями (10¹⁸ эв) ускоряются в межгалактическом пространстве. Известную долю в космическом излучении, которое достигает атмосферы Земли, составляет корпускулярное излучение Солнца, особенно в период интенсивного протекания ядерных процессов на его поверхности. Мы приводили данные, показывающие, что во время вспышек на Солнце интенсивность космических лучей на Земле значительно увеличивается.

Рассмотрим теперь вопрос о том, изменяется ли химический состав космических лучей во время их «путешествия» в галактическом пространстве. В настоящее время с помощью гигантских установок удается ускорять протоны до энергий, близких к средней энергии космических лучей. Получены сведения о характере ядерных реакций, протекающих при взаимодействии протонов таких энергий с атомами различных химических элементов. По существу в лабораторных условиях мы моделируем ядерные процессы, которые протекают при взаимодействии космических лучей с атомами межзвездного газа, пыли, туманностей, метеоритов и планет.

При высокой энергии бомбардирующих частиц, свыше 100 Мэв, возможны качественно новые ядерные процессы. Сущность их заключается в том, что налетающая на ядро очень быстрая частица возбуждает его до высоких энергий, при которых ядро как бы «закипает». Из «кипящего» ядра вылетает большое число вторичных частиц — протонов, нейтронов, дейтронов и альфа-частиц. Благодаря этому остается ядро со значительно меньшими значениями А и Ζ по сравнению с исходным. Чем больше энергия бомбардирующих частиц, тем больше вылетает вторичных частиц из ядра и тем легче его остаток. Обнаружены случаи, когда — ядра, облучаемые протонами космических лучей, пол-! ностью разлетаются в виде вторичных частиц.