НУКЛЕОСИ́НТЕЗ

НУКЛЕОСИ́НТЕЗ в при­ро­де, со­во­куп­ность про­цес­сов, при­во­дя­щая к фор­ми­ро­ва­нию все­го на­блю­дае­мо­го мно­го­об­ра­зия хи­мич. эле­мен­тов (нук­ли­дов).

Совр. пред­став­ле­ния о Н. опи­ра­ют­ся на дан­ные об от­но­сит. рас­про­стра­нён­но­сти разл. изо­то­пов хи­мич. эле­мен­тов в ве­ще­ст­ве дос­туп­ной для на­блю­де­ний об­лас­ти Все­лен­ной. Счи­та­ет­ся, что эле­мен­ты со зна­че­ни­ем мас­со­во­го чис­ла A⩾12 об­ра­зу­ют­ся в звёз­дах. Н., про­хо­див­ший, ве­ро­ят­но, на ран­них ста­ди­ях рас­ши­ре­ния Все­лен­ной (см. Кос­мо­ло­гия) с уча­сти­ем тер­мо­ядер­ных ре­ак­ций и бе­та-взаи­мо­дей­ст­вий (про­цес­сов вза­им­ных пре­вра­ще­ний про­то­нов и ней­тро­нов), от­вет­ст­ве­нен за об­ра­зо­ва­ние наи­бо­лее рас­про­стра­нён­ных эле­мен­тов (во­до­ро­да ¹H и ге­лия ⁴He), а так­же зна­чи­тель­но бо­лее ред­ких изо­то­пов ²H, ³He и не­ко­то­рой до­ли ⁷Li, что пре­до­пре­де­ли­ло хи­мич. со­став про­тоз­вёзд­но­го ве­ще­ст­ва, из ко­то­ро­го фор­ми­ро­ва­лись пер­вые звёз­ды га­лак­тик. Это пред­по­ло­же­ние ба­зи­ру­ет­ся на го­ря­чей Все­лен­ной тео­рии, пред­ска­за­ние ко­то­рой от­но­си­тель­но рас­про­стра­нён­но­сти во­до­ро­да и ге­лия во Все­лен­ной на­хо­дит­ся в хо­ро­шем со­гла­сии с дан­ны­ми на­блю­де­ний.

Основное обо­га­ще­ние ве­ще­ст­ва Га­лак­ти­ки эле­мен­та­ми с A>4 про­изош­ло 10–15 млрд. лет на­зад (см. Кос­мо­хро­но­ло­гия), ко­гда ско­рость об­ра­зо­ва­ния эле­мен­тов в Га­лак­ти­ке бы­ла су­ще­ст­вен­но вы­ше, чем на мо­мент фор­ми­ро­ва­ния Сол­неч­ной сис­те­мы (4,6 млрд. лет на­зад). По­это­му пред­по­ла­га­ют, что сре­ди пер­вых по­ко­ле­ний звёзд пре­об­ла­да­ли мас­сив­ные звёз­ды, бы­ст­ро за­кан­чи­вав­шие свою эво­лю­цию вы­бро­сом в меж­звёзд­ное про­стран­ст­во ве­ще­ст­ва (воз­ник­ше­го в хо­де ядер­ных ре­ак­ций), обо­га­щён­но­го тя­жё­лы­ми эле­мен­та­ми. Это ве­ще­ст­во за­тем во­шло в со­став ис­ход­но­го ма­те­риа­ла для фор­ми­ро­ва­ния сле­дую­щих по­ко­ле­ний звёзд.

Объ­яс­нить су­ще­ст­вую­щую ны­не рас­про­стра­нён­ность лёг­ких эле­мен­тов (Li, Be и B) по­ка пол­но­стью не уда­ёт­ся. Эти эле­мен­ты лег­ко раз­ру­ша­ют­ся в тер­мо­ядер­ных ре­ак­ци­ях, сле­до­ва­тель­но, их эф­фек­тив­ное про­из­вод­ст­во воз­мож­но толь­ко в не­рав­но­вес­ных про­цес­сах. Счи­та­ет­ся, что они об­ра­зу­ют­ся гл. обр. при взаи­мо­дей­ст­вии час­тиц га­лак­тич. кос­мич. лу­чей с ве­ще­ст­вом меж­звёзд­но­го га­за в ре­ак­ци­ях ска­лы­ва­ния (см. Ядер­ные ре­ак­ции в звёз­дах). Од­на­ко рез­ко вы­ра­жен­ное пре­об­ла­да­ние изо­то­пов ⁷Li и ¹¹B над ⁶Li и ¹⁰B по­зво­ля­ет пред­по­ло­жить, что су­ще­ст­ву­ет до­пол­нит. ис­точ­ник изо­то­пов с не­чёт­ным мас­со­вым чис­лом. Воз­мож­но, они воз­ни­ка­ют при взры­вах сверх­но­вых звёзд, ко­гда мощ­ный по­ток ней­трин­но­го из­лу­че­ния от кол­лап­си­рую­ще­го яд­ра звез­ды и силь­ная удар­ная вол­на, про­хо­дя­щие че­рез сбра­сы­вае­мую обо­лоч­ку звез­ды, при­во­дят к об­ра­зо­ва­нию за­мет­ных ко­ли­честв имен­но та­ких изо­то­пов лёг­ких эле­мен­тов. В этом же про­цес­се, по-ви­ди­мо­му, об­ра­зу­ет­ся един­ст­вен­ный ста­биль­ный изо­топ фто­ра ¹⁹F.

Боль­шин­ст­во нук­ли­дов, ле­жа­щих в пе­рио­дич. сис­те­ме хи­мич. эле­мен­тов ме­ж­ду уг­ле­ро­дом и эле­мен­та­ми «же­лез­но­го пи­ка» (эле­мен­ты от Ti до Cu с рез­ко вы­де­ляю­щим­ся пи­ком рас­про­стра­нён­но­сти – ⁵⁶Fe), об­ра­зу­ет­ся в ре­ак­ци­ях тер­мо­ядер­но­го син­те­за. На­чаль­ным эта­пом по­сле­до­ва­тель­но­сти ядер­ных пре­вра­ще­ний слу­жат про­цес­сы ⁴He+⁴He+⁴He→¹²С+γ и ⁴He+¹²С→¹⁶O+γ , при­во­дя­щие к эф­фек­тив­но­му уве­ли­че­нию ко­личе­ст­ва уг­ле­ро­да ¹²С и ки­сло­ро­да ¹⁶O на гид­ро­ста­ти­че­ски рав­но­вес­ных ста­ди­ях эво­лю­ции звёзд. Наи­бо­лее бла­го­при­ят­ные ус­ло­вия для об­ра­зо­ва­ния Ne и всех бо­лее тя­жё­лых эле­мен­тов до «же­лез­но­го пи­ка», а так­же эле­мен­тов са­мо­го «же­лез­но­го пи­ка» реа­ли­зу­ют­ся, по-ви­ди­мому, на за­клю­чит. гид­ро­ди­на­ми­че­ском (взрыв­ном) эта­пе эво­лю­ции мас­сив­ных звёзд, ко­то­рый за­кан­чи­ва­ет­ся вспыш­кой сверх­но­вой звез­ды.

Ха­рак­тер­ные осо­бен­но­сти рас­про­стра­нён­но­сти эле­мен­тов тя­же­лее эле­мен­тов «же­лез­но­го пи­ка» ука­зы­ва­ют на то, что бóльшая их часть об­ра­зу­ет­ся как на рав­но­вес­ной ста­дии эво­лю­ции звёзд в ус­ло­ви­ях ма­лой ин­тен­сив­но­сти по­то­ка ней­тро­нов, так и в мо­мент взры­ва звез­ды при вы­со­кой ин­тен­сив­но­сти по­то­ка ней­тро­нов – со­от­вет­ст­вен­но в про­цес­сах мед­лен­но­го и бы­ст­ро­го за­хва­та ней­тро­нов. Од­на­ко не­ко­то­рые изо­то­пы с от­но­си­тель­но низ­ким со­дер­жа­ни­ем ней­тро­нов (все­го ок. 35 изо­то­пов от ⁷⁴Se до ¹⁹⁶Hg) не мог­ли сфор­ми­ро­вать­ся в про­цес­се по­сле­до­ва­тель­но­го при­сое­ди­не­ния ней­тро­нов. Эти (дос­та­точ­но ред­кие) изо­то­пы на­зы­ва­ют обой­дён­ны­ми, по­сколь­ку они ока­за­лись не­ох­ва­чен­ны­ми про­цес­са­ми мед­лен­но­го и бы­ст­ро­го ней­трон­но­го за­хва­та. Их об­ра­зо­ва­ние воз­мож­но толь­ко на по­след­ней (взрыв­ной) ста­дии эво­лю­ции мас­сив­ных звёзд в не­рав­но­вес­ных про­цес­сах, напр. под дей­ст­ви­ем по­то­ка ней­трин­но­го из­лу­че­ния от кол­лап­си­рую­ще­го яд­ра звез­ды.

Пе­ре­чис­лен­ные ме­ха­низ­мы об­ра­зо­ва­ния ка­ж­дой из осн. групп нук­ли­дов ока­зы­ва­ют­ся дос­та­точ­но эф­фек­тив­ны­ми при фи­зич. ус­ло­ви­ях, ко­то­рые мо­гут реа­ли­зо­вы­вать­ся в из­вест­ных ти­пах ас­т­ро­фи­зич. объ­ек­тов, и по­зво­ля­ют объ­яс­нить гл. за­ко­но­мер­но­сти на­блю­дае­мой рас­про­стра­нён­но­сти хи­мич. эле­мен­тов. Пер­спек­ти­вы даль­ней­ше­го раз­ви­тия тео­рии Н. свя­за­ны с ус­пе­ха­ми в ре­ше­нии мн. про­блем кос­мо­ло­гии, тео­рии строе­ния и эво­лю­ции га­лак­тик и звёзд, фи­зи­ки атом­но­го яд­ра и эле­мен­тар­ных час­тиц.