Теорія неймовірності

Зоряний убивця

Вуглець є основою живих молекул на Землі, відтак вважається елементом, без якого зародження життя не відбулося б. Ось тільки не все так просто. Перш ніж вуглець став частиною органічних молекул у вашому тілі, стеблинці фікуса на вашому підвіконні чи гамбургері, який ви з’їсте на вечерю, щось мало викинути його з надр надмасивних древніх зірок, усередині яких він сформувався. І це робить не менш важливим за вуглець залізо, бо залізо — це те, що вбиває зірки. Справді. Справжній зірковий убивця. І щоби зрозуміти, як залізу це вдається, треба розібратися, як саме зорі помирають.

Тут можливі два варіанти.

Життя будь-якої зорі починається з хмари водню, яка ущільнюється під дією гравітації, аж поки в її надрах не спалахує термоядерна реакція. За колосального тиску та температури в десятки мільйонів градусів атоми водню зближуються настільки, що зливаються, створюючи гелій. Надлишок енергії, який виділяється під час цього злиття, протидіє гравітаційному стисканню й утримує зорю в рівновазі. Кажуть, що водень «горить» з утворенням гелію.

Порівняно невеликі зірки — такі, як наше Сонце, — горять повільно й довго. В їхніх надрах поволі накопичується дедалі більше гелію, проте маса водню у верхніх шарах залишається недостатньою, щоб «підпалити» цей гелій і запустити процес формування важчих елементів. Приблизно за десять мільярдів років у таких зірок вичерпується паливо — і вони перетворюються на крихітні білі карлики, які складаються переважно з гелію та тихо вистигають у холодній чорноті.

Життя більш масивних зірок коротше, проте набагато бурхливіше. У них достатньо маси, щоб розігріти гелієве ядро до сотень мільйонів градусів і розгорнути синтез важчих елементів. Спершу атоми гелію зливаються, формуючи вуглець. Вуглець стискається, спалахує і трансформується в неон. З неону виникає кисень, із кисню — кремній. На певному етапі еволюції така зоря нагадує цибулину: зовні — газова оболонка з водню, нижче — шар гелію, під ним горить вуглець, далі неон, кисень, кремній. І в кожному шарі, в кожній із реакцій термоядерного синтезу виділяється енергія, що протидіє натиску верхніх шарів і не дає зорі сколапсувати під власною вагою.

А потім стається дещо неймовірне. Температура в ядрі виростає до скажених двох із половиною мільярдів градусів — і з кремнію починає утворюватися залізо.

Ядро заліза — особливе. Елементи, що розташовуються в періодичній системі до нього, виділяють енергію, коли формуються шляхом злиття з легших елементів. На противагу їм елементи після заліза потребують енергії для синтезу з дрібніших ядер. Це означає, що коли в надрах надмасивної зорі з кремнію стартує процес синтезу заліза, енергія більше не виділяється. Навпаки: залізо береться «жерти» зорю зсередини.

Уявіть цю «цибулину» тепер: водень, гелій, вуглець, неон, кисень — десятки мільярдів мільярдів мільярдів тонн розжареної плазми, всередині якої раптом зникає підпірка, що втримувала всю цю киплячу масу від колапсу. Зовнішні шари зорі обвалюються на металічне ядро, відбиваються від нього й розлітаються навсібіч у спалахові, що кілька днів сяє яскравіше за цілу галактику.

Так помирає зоря. І так народжуються хімічні елементи, які сформують нові сонця, кам’яні планети довкола них і основне — на одній із них нас, людей.

І все це завдяки залізу, яке зупиняє термоядерний синтез у надрах зірки-гіганта.

Просто поміркуйте про це. Сталеві бильця, яких ви торкаєтеся в метро, хромована решітка на бампері вашого авто, металевий корпус смартфона. Кожен їхній атом колись долучився до загибелі надмасивної зорі, що палала в цій частині Чумацького шляху задовго до виникнення Сонячної системи.

Тож так, залізо — це те, що вбиває зірки. І хіба це не дивовижно?