Метеориты. Космические камни, создавшие наш мир - Тим Грегори

ее разрушении высвобождается невероятное количество энергии. В течение нескольких дней или недель сверхновая сияет как 100 миллиардов Солнц. Взрыв сверхновой – одно из самых грандиозных явлений в видимой Вселенной.

Ударные волны выбрасывают в окружающее пространство весь богатый ассортимент химических элементов, накопленный в недрах звезды в ходе ядерных реакций – от водорода до железа и никеля. Длинные тонкие волокна и протяженные облака раскаленного газа разлетаются от места взрыва сверхновой, как причудливые клочья разноцветных тканей, украшая собой океан межзвездного пространства.

А в эпицентре взрыва сверхновой остается то, во что превратилось прежнее ядро звезды. Сила гравитационного поля сколлапсировавшего ядра так велика, что электроны втискиваются в протоны атомных ядер и образуются нейтроны. Все, что остается на этом месте, – быстро вращающийся остаток звездного ядра, полностью состоящий из нейтронов. Давление в нем огромно – он сжимается в шар диаметром около десяти километров и такой плотности, что кусочек его вещества размером с яблоко имеет такую же массу, как тридцать кубических километров камня. Мы называем такие звездные останки размером с город «нейтронными звездами» – и они принадлежат к числу самых экстремальных и экзотических объектов в известной нам Вселенной.

Возрождение

В гибели звезды нет никакой трагедии. Нет смысла оплакивать свет, вечно распространяющийся во Вселенной.

Самое первое поколение массивных звезд выбросило в космос образовавшуюся в их недрах смесь ядер различных тяжелых химических элементов, а звездные ветры и ударные волны сверхновых разнесли их на большие расстояния и обогатили ими окружающее межзвездное пространство. Межзвездные туманности, изначально состоявшие только из водорода и гелия, тоже обогатились этими химическими добавками. Так возникла космохимия.

Атомы, образовавшиеся в недрах звезд первого поколения, смешались с веществом туманностей и вместе с ним коллапсировали, формируя новые солнечные системы. Их затягивали в себя завихряющиеся воронки облаков, которые сжимались под действием собственной тяжести. Обильно обогащенные новыми элементами, эти туманности обладали теперь большим химическим потенциалом. Облачные водовороты становились плоскими и образовывали медленно остывающие протопланетные диски. В отличие от первого, новое, второе поколение протопланетных дисков содержало целый набор элементов Периодической таблицы, и камни, формирующиеся из этой химически обогащенной смеси, несли в себе хронику геологической истории миров.

Так элементы, образовавшиеся в недрах массивных звезд, постоянно перерабатывались в новые формы вещества в недрах новорожденных солнечных систем. Крохотные каменные пылинки вроде CAI и хондр, как микроскопические фениксы, возродились из пепла потухших звезд. Они и стали первыми камнями во Вселенной, с них началась ее геологическая летопись. Хлопья пыли первоначальной туманности слипались, образуя планетезимали, кометы и в конце концов планеты, – как это произошло и в нашей Солнечной системе 4,6 миллиарда лет назад. Ядерное горение в сердце массивных звезд – основа всей геологии. Без него во Вселенной так и не было бы ничего, кроме водорода и гелия.

Множество элементов из всех частей Периодической таблицы, встречающееся в Солнечной системе, подтверждает: она, по крайней мере отчасти, образовалась из останков погасших звезд. Как ни много лет существует Солнечная система, ее возраст не может даже сравниться с возрастом Вселенной. Прежде чем наша материнская туманность начала сжиматься, звезды уже более девяти миллиардов лет обогащали Вселенную тяжелыми элементами, оплодотворяя ее множеством новых атомов гораздо более сложных, чем гелий.

В 1970-х космохимики из Калифорнийского технологического института (знаменитого «Калтеха») исследовали гигантские CAI, гнездившиеся в только что упавшем метеорите Альенде. Виртуозная работа ученых привела их к совершенно неожиданному открытию аномального избытка 26Mg, тяжелого изотопа магния. Магний-26 – продукт распада нашего старого знакомого, короткоживущего радиоизотопа алюминия-26 (26Al), распад которого и расплавил первые астероиды. И единственное объяснение обнаруженных небольших избытков 26Mg заключалось в том, что во времена формирования Солнечной системы в ней существовал «живой» 26Al.

Открытие короткоживущих радиоизотопов вроде 26Al однозначно свидетельствует, что непосредственно перед коллапсом наша материнская туманность была «оплодотворена» звездными выбросами. Время между синтезом 26Al в недрах звезды и его внедрением в нашу протопланетную туманность было коротким – не больше нескольких миллионов лет. В противном случае к тому времени, как звездный алюминий добрался бы до нашей туманности, весь он уже превратился бы в магний-26.

История 26Al развивалась стремительно: синтез в недрах умирающей звезды – выброс в межзвездное пространство и полет сквозь него – перемешивание с нашей коллапсирующей туманностью – включение в состав CAI и первых астероидов.

Вокруг рождающейся Солнечной системы, как петарды, взрывались гигантские звезды, сбрасывая в пространство свои богатые тяжелыми элементами внешние слои. Яростные звездные ветры с поверхностей еще не взорвавшихся звезд тоже уносили с собой рои синтезированных атомов и радиоизотопов, и потоки этого ветра выдували внутри окружающих туманностей гигантские гроты и пещеры, похожие на готические соборы. Туманности дробились на турбулентные области повышенной плотности; возмущения плотности в толще газа приводили к появлению сгустков, в которых начинали действовать силы гравитации. Возможно, именно эти ветры, «дующие» от погибающих звезд, и были основной причиной коллапса туманностей.

Начавшийся коллапс уже ничто не могло остановить. В нем зарождались новые звезды и протопланетные диски, оплодотворенные космохимической смесью тяжелых элементов. По крайней мере в одном из таких дисков – в нашей Солнечной системе – и появились скопления химических молекул, способные разгадать и понять свою собственную историю.

* * *

Элементы до железа[18] включительно образуются в пылающих недрах массивных звезд в процессе ядерного горения. Но тогда возникает важный вопрос: откуда же берутся еще более тяжелые элементы?

Даже поверхностный химический анализ любого метеорита – да и просто любого камня – обнаруживает присутствие элементов из всех частей Периодической таблицы. Многие из них гораздо тяжелее железа, атомный номер которого всего лишь двадцать шесть. На Земле самый тяжелый из встречающихся в природе химических элементов – элемент номер девяносто два, уран. Ни один из шестидесяти шести элементов между железом и ураном – включая такие распространенные, как мышьяк (номер тридцать три), серебро (сорок семь) и свинец (восемьдесят два), – не мог быть «сварен» в звездных ядерных печах. Значит, в звездах действуют какие-то процессы, параллельные термоядерному синтезу.

Туманность, в результате коллапса которой образовалась наша Солнечная система, миллионы лет обогащалась огромным количеством химических элементов, выброшенных многими давно погибшими звездами. Элементы тяжелее железа синтезируются в звездах двумя путями: посредством названных без особой изобретательности «медленного» и «быстрого» процессов. Оба процесса развиваются похожим образом, но на совершенно различных временных масштабах; некоторые элементы – точнее, некоторые изотопы некоторых элементов – могут образоваться в результате обоих процессов, другие же образуются исключительно в результате какого-то одного из них. И выходит так, что в Солнечной системе в бюджет элементов тяжелее никеля