Дозвездная стадия эволюции Вселенной. Образование водорода и гелия

Описание: Современный подход к объяснению основных наблюдаемых закономерностей химического и изотопного состава вещества Вселенной состоит в следующем. Изотопы всех элементов со значением массового числа образуются в звездах. Гелий и водород уже содержались в протозвездном веществе, из которого формировались первые звезды галактик, и за их образование ответственны реакции термоядерного синтеза на ранних стадиях расширения горячей Вселенной.
Реферат содержит 1 файл: 

1-1.docx

30.13 Кб | Файл microsoft Word  открыть 
Не получается скачать реферат Дозвездная стадия эволюции Вселенной. Образование водорода и гелия? - Техническая поддержка

1-1.docx

 

СОДЕРЖАНИЕ:

 

ВВЕДЕНИЕ……………………………………………………………………...3

1. Дозвездная стадия эволюции  Вселенной. Образование водорода и гелия.4

2. Эволюция звезд. Дальнейший  синтез химических элементов…………… 5

3. Эволюция Солнечной  системы и химические элементы……………………8

ЗАКЛЮЧЕНИЕ………………………………………………………………….11

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ……………………………12

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

На протяжении многих веков человек изучает различные явления природы, открывает один за другим ее законы. Однако еще и сейчас существует много сложных и интересных вопросов, один из которых – происхождение химических элементов, из которых состоит Природа.

Процесс образования химических элементов во Вселенной неразрывно связан с эволюцией Вселенной. Современные представления об эволюции Вселенной представлены в рамках модели горячей Вселенной.

Современный подход к объяснению основных наблюдаемых закономерностей химического и изотопного состава вещества Вселенной состоит в следующем. Изотопы всех элементов со значением массового числа образуются в звездах. Гелий и водород уже содержались в протозвездном веществе, из которого формировались первые звезды галактик, и за их образование ответственны реакции термоядерного синтеза на ранних стадиях расширения горячей Вселенной.

Среди первых поколений звезд преобладали массивные звезды, быстро заканчивавшие свою эволюцию выбросом значительной доли переработанного в ядерных реакциях и обогащенного тяжелыми элементами вещества в межзвездное пространство, где оно входило в состав исходного материала для формирования следующих поколений звезд.

В данной работе подробно рассматриваются этапы химической эволюции Вселенной.

 

1. Дозвездная стадия эволюции  Вселенной. Образование водорода  и гелия

 

Химическая эволюция во Вселенной началась с появления атомов более массивных, чем первичные водород и гелий. По современным представлением химические элементы не всегда были во Вселенной, а возникли на определенном этапе ее развития. В соответствии с теорией Большого взрыва, Вселенная возникла 13,7 миллиардов лет назад. В первые  моменты  после  Большого взрыва плотность и температура во Вселенной были чрезвычайно большими и весь мир галактик находился в  пространственной области, имеющей атомные размеры. В этих условиях существование привычной нам материи и стабильных элементарных частиц, из которых Вселенная состоит в настоящее время, было невозможно.  Первичной материей был свет – чрезвычайно коротковолновое электромагнитное излучение [1, с. 71-72]. 

Спустя десять секунд после начала Большого взрыва (начала расширения Вселенной) температура понизилась до 10 миллиардов градусов, появились стабильные материальные частицы: протоны, нейтроны и электроны. С этого времени стала возможной ядерная реакция слияния протона и нейтрона с образованием ядер дейтерия.

Дейтоны при столкновениях стали превращаться в ядра гелия. На этой дозвездной стадии эволюции ядра других элементов в результате термоядерного синтеза не успели образоваться, так как температура непрерывно расширяющейся Вселенной быстро падала.

Таким образом,  первичное вещество Вселенной - это плотная высокотемпературная плазма, состоящая из электронов и ядер водорода, дейтерия и гелия.

 

 

 

2. Эволюция звезд. Дальнейший  синтез химических элементов

 

Механизм образования и эволюции основных объектов Вселенной - звезд, изучен наиболее xopoшо. При остывании Вселенной до температуры 3500 К (приблизительно через 1 млн. лет) [2] происходит рекомбинация ядер гелия и оставшихся ядер водорода с электронами: образуются атомы гелия и водорода - исходный материал для межзвездного газа и звездных систем.

Космическая  плазма,  поглощающая свет, исчезла и Вселенная стала прозрачной, проницаемой для световых лучей. 

Первичный космический газ неустойчив из-за гравитации. Тепловое движение атомов приводит к возникновению флуктуаций плотности  вещества как в малых, так и в больших масштабах. За счет сил гравитационного притяжения газ начинает сгущаться во вращающиеся облака, из которых формируются галактики и звезды. Звезды первого поколения называют «протозвездами» [1, с. 72]. Дальнейший синтез вещества продолжается уже в недрах протозвезд, где возникают новые, более массивные чем гелий ядра химических элементов.

Гравитационное сжатие вещества звезды приводит к повышению температуры в центре звезды до сотен миллионов градусов. В результате там начинаются термоядерные реакции образования тяжелого водорода – дейтерия и гелия. Эти  реакции  протекают с выделением энергии,  которое  приводит к еще большему росту температуры и служит основным источником энергии звезд.

По мере того, как водород в ее центре «выгорает», звезда сжимается, температура в центре звезды повышается и начинаются реакции  образования ядер углерода (12С) и кислорода (1бО) (термоядерная эпоха образования таких ядер Т< 100 млн К) [3, с. 91].

Дальнейшее слияние ядер гелия приводит к образованию ядер неона (20Ne), магния (24Mg) и т.п. с массами ядер кратными четырем массам протона [1; 2]. 

Постепенное возрастание температуры до 1 млрд К в звезде приводит к синтезу все более тяжелых ядер до алюминия (27А1) и кремния (28Si) [1; 4].  При температуре в звезде выше 30 млрд К синтезируются элементы с самыми стабильными ядрами вплоть до самых стабильных ядер железа. При этом достигается минимум энергии всей системы, и более тяжелые ядра не синтезируются. Все эти реакции происходят с выделением энергии в виде кинетической энергии частиц и гамма-квантов.

  Образование ядер  массивнее железа происходит  уже не с выделением, а с  поглощением энергии. Это ядерные  реакции с захватом ядрами  нейтронов и последующим бэта-распадом. Так, захват ядром тантала 181 нейтрона приводит к образованию радиоактивного изотопа тантала 182. В результате бэта-распада (ядерной реакции, в которой ядро испускает электрон) это ядро превращается в вольфрам 182. Захват нейтронов ядрами вольфрама приводит к образованию новых, более тяжелых изотопов вольфрама. Радиоактивный вольфрам 185 при бэта-распаде превращается в ядро рения [1; 4].

В подобных процессах в качестве самого массивного элемента возникает нуклид висмута 209 [1, с. 73]. Еще более тяжелые ядра оказываются радиоактивными и распадаются с испусканием альфа-частицы. Поэтому  процесс  последовательного увеличения массы ядер внутри звезды за счет  захвата нейтронов имеет предел.

Ядра, более тяжелые, чем висмут 209, вплоть до урана синтезируются во время взрывов новых и сверхновых звезд в условиях огромной плотности нейтронных потоков, когда возможен захват ядрами нейтронов не по одному, а группами.

Высокая температура во время взрыва достаточна, чтобы при столкновениях происходило также слияние ядер элементов с образованием тяжелых ядер урана. 

Когда в недрах звезды все ядерные реакции затухают, ничто уже не может препятствовать ее гравитационному сжатию, и оно происходит катастрофически быстро. Верхние слои падают к центру с ускорением свободного падения (величина его на многие порядки превосходит земное ускорение падения), выделяя огромную гравитационную энергию. Вещество сжимается. Часть его, переходя в новое состояние высокой плотности, образует звезду-остаток, а часть (большая) выбрасывается в пространство в виде отраженной ударной волны с огромной скоростью. Помимо гравитационной энергии в кинетическую энергию ударной волны вносит свой вклад и термоядерное догорание части оставшегося во внешних слоях звезды водорода, когда падающий газ сжимается вблизи звездного ядра (взрыв грандиозной «водородной бомбы» [3. c. 99]. Так происходит взрыв сверхновой звезды.

Взрыв заканчивающей свою жизнь звезды выбрасывает в пространство огромное количество разнообразных элементов тяжелее водорода и гелия, которые смешиваются с галактическим газом. При  охлаждении  газового  облака  в  условиях  космического  вакуума однородные атомы слипаются в частички пыли. Разнородные атомы объединяются в молекулы. Таким  образом произошло образование вещества, содержащего все многообразие  химических элементов и во Вселенной началась химическая эволюция.

 

 

Страницы:    12   следующая
Поиск по сайту

Предметы