Ядерные реакции в звёздах

Я́дерные реа́кции в звёздах, происходят в недрах звёзд и являются основным источником их энергии. Посредством ядерных реакций в недрах звёзд постепенно высвобождаются огромные запасы ядерной энергии, что обеспечивает длительное существование звёзд в виде стационарных гидростатически равновесных тел. Ядерные реакции в звёздах играют определяющую роль и на нестационарных стадиях эволюции звёзд, в том числе при вспышках новых и сверхновых звёзд. На всех этих стадиях звёздной эволюции посредством ядерных реакций синтезируется большинство встречающихся в природе тяжёлых химических элементов.

Наибольший интерес для астрофизики представляют термоядерные реакции синтеза. Важнейшие из них – реакции водородного цикла и углеродно-азотного цикла, обеспечивающие длительное «горение» водорода в недрах звёзд главной последовательности. В ядерных реакциях синтеза выделение энергии происходит вплоть до образования атомных ядер Fe и Ni, имеющих наибольшую удельную энергию связи. Появление на определённых стадиях эволюции звёзд свободных нейтронов и захват их атомными ядрами элементов группы Fe приводят к синтезу ещё более тяжёлых ядер, вплоть до трансурановых элементов. На заключительных стадиях эволюции достаточно массивных звёзд, когда температура в их недрах становится очень высокой, скорости ядерных реакций увеличиваются настолько, что почти каждому элементарному акту синтеза какого-либо атомного ядра соответствует обратный акт расщепления этого ядра на исходные составляющие. В результате устанавливается т. н. ядерное статистическое равновесие, которое (наряду с нейтронизацией звёздного вещества) приводит к потере устойчивости звезды и её переходу в состояние гравитационного коллапса на конечных стадиях эволюции.

Особое место занимают ядерные реакции в звёздах, вызываемые слабым взаимодействием электронов и позитронов с атомными ядрами; в них участвуют также нейтрино. Позитронные бета-распады – обязательное звено реакций водородного и углеродно-азотного циклов. Электронные бета-распады вместе с реакциями захвата нейтронов делают возможным образование в природе наиболее тяжёлых химических элементов. Поглощение и испускание нейтрино в ядерных реакциях электронов и позитронов с нейтронами, протонами и атомными ядрами играют важную роль в гидродинамической картине образования нейтронных звёзд и, возможно, чёрных дыр.

При взаимодействии высокоэнергичных частиц (ускоренных ядер) с межзвёздной средой и веществом разреженных звёздных атмосфер и околозвёздных оболочек возможны реакции скалывания, сопровождающиеся отщеплением от атомных ядер лёгких фрагментов (протонов, нейтронов, α-частиц и др.). Реакции скалывания позволяют объяснить ряд особенностей состава космических лучей и отчасти происхождение лёгких химических элементов (Li, Be и B).