Почему бы сверхгигантам, по крайней мере, не начать плавить никель в еще более тяжелые элементы, прежде чем стать сверхновой?

Последним первичным процессом синтеза, происходящим в чрезвычайно массивных звездах, является горение кремния , когда ²⁸ Si, образующийся при горении кислорода , экзотермически сливается с альфа-частицей за альфа-частицей , вплоть до ⁵⁶ Ni : ^{1 .}

(1) ²⁸ Si + ⁴ He → ³² S

(2) ³² S + ⁴ He → ³⁶ Ar

(3) ³⁶ Ar + ⁴ He → ⁴⁰ Ca

(4) ⁴⁰ Ca + ⁴ He → ⁴⁴ Ti

(5) ⁴⁴ Ti + ⁴ He → ⁴⁸ Cr

(6) ⁴⁸ Cr + ⁴ He → ⁵² Fe

(7) ⁵² Fe + ⁴ He → ⁵⁶ Ni

И там процесс останавливается, а не продолжается:

(8) ⁵⁶ Ni + ⁴ He → ⁶⁰ Zn

(9) ⁶⁰ Zn + ⁴ He → ⁶⁴ Ge

...

56 Ni вместо дальнейшего слияния накапливается ^в инертном ядре в центре звезды. Как только растущий шар никеля достигает 1,4 массы Солнца , он внезапно и катастрофически коллапсирует со скоростью примерно в четверть скорости света, в результате чего вся остальная часть звезды коллапсирует сама на себя ; никелевое ядро ​​сжимается в нейтронную звезду , ² в то время как большая часть остальной части звезды взрывается с образованием ⁵⁶ Ni ³ и других, более легких продуктов реакции (последние в основном из внешних слоев звезды) и выбрасывается в межзвездное пространство. ⁴

Обычное объяснение того, почему синтез не продолжается с реакциями 8 и 9 и т. д., состоит в том, что невозможно высвободить больше энергии в результате дальнейшего синтеза; дальнейшее движение было бы эндотермическим и потребляло бы энергию.

Но!

1. Ядро сверхгиганта (или, что еще лучше, гипергиганта ) — это самый экстремальный ад, когда-либо существовавший во Вселенной более чем на несколько секунд за раз, с температурой далеко за гигакельвины, а ад — это рай для эндотермической реакции; не имеет значения, потребляете ли вы много энергии, когда ее просто валяется огромный избыток, и точка равновесия эндотермической реакции все больше и больше смещается в сторону продуктов реакции по мере того, как вы нагреваетесь (спасибо, Ле Шателье ! ).

2. Реакция 8 (плавление ⁵⁶ Ni и ⁴ He до ⁶⁰ Zn), по крайней мере, на самом деле экзотермическая! Энергозатратный этап наступает раньше — практически единственный значительный источник 4 ^Не в ядре массивной, быстро эволюционирующей звезды — это фоторасщепление тяжелых ядер, высокоэндотермический процесс. Но а) см. пункт 1, б) если сильное столкновение с другой звездой или очень большой планетой смешает ⁴При переходе из внешних слоев звезды (и, если уж на то пошло, из сталкивающейся звезды/планеты) в ядро ​​звезды большой запас гелия становится доступным практически бесплатно, и это ограничение снимается; тогда ничто не должно стоять на пути этого гелия, сплавляющегося с ⁵⁶ Ni в результате реакции 8 ^{9 и высвобождающего еще больше энергии, и в) в звездном ядре эти горячие тяжелые ядра} все равно будут фоторасщепляться , и это не похоже на альфы, генерируемые таким образом, могут сознательно участвовать только в реакциях, которые высвобождают достаточно энергии, чтобы компенсировать энергию, потребляемую фоторасщеплением!

Так почему же мы не наблюдаем, по крайней мере, некоторого производства нуклидов альфа-процесса за пределами ⁵⁶ Ni ¹⁰ в ядрах чрезвычайно массивных, чрезвычайно эволюционировавших звезд (и в гораздо большей степени в тех звездах, которые подверглись жестокому обращению со стороны сильные столкновения)?

Не дубликат этого вопроса ; тот спрашивает , так ли это, в то время как этот спрашивает, почему это не так, более чем в крошечной степени.

¹ : Гамма-лучи для краткости опущены.

² : Если только звезда не станет достаточно массивной, чтобы ее окончательный коллапс раздавил ядро ​​еще больше , и звезда исчезла, не издав ни звука.

³ : Часть этого никеля превращается в еще более тяжелые элементы, захватывая часть огромного потока нейтронов, образующихся глубоко в коллапсирующей звезде , но это капля в кармане звезды по сравнению с количеством, которое (первоначально) ⁴ остается никелем.

⁴ : Поскольку ⁵⁶ Ni нестабилен, он быстро распадается, вызывая послесвечение сверхновой:

(10) ⁵⁶ Ni → ⁵⁶ Co + e ⁺ + v

(11) ⁵⁶ Co → ⁵⁶ Fe ⁵ + e ⁺ + v

⁵ : Поскольку ⁵⁶ Fe стабилен, реакция 11 является причиной того, что во Вселенной так чертовски много железа. ⁶

⁶ : Ну, чертовски много по сравнению с тем, что можно было бы ожидать от космического изобилия других (относительно) тяжелых элементов; Вселенная в целом по-прежнему преимущественно состоит из водорода (и немного гелия). ⁷

^{7 : Что ж,} нормальная материя Вселенной состоит преимущественно из водорода (и немного гелия); подавляющее большинство материи Вселенной на самом деле является темной материей (как мы думаем). ⁸

^{8 : Которая сама по себе составляет лишь малую часть массы вселенной, затмеваемая} темной энергией вселенной , но я отвлекся.

⁹ : И затем идет реакция 9 и далее, но я не знаю, являются ли эти реакции (сами по себе, без штрафа за фоторасщепление) экзотермическими или нет.

¹⁰ : Любое такое образование должно быть обнаружено по продуктам их распада, поскольку ⁶⁰ Zn и выше гораздо более нестабильны и недолговечны, чем даже ⁵⁶ Ni.