Образование вторичных инертных газов при формировании космических объектов

Образование вторичных инертных газов при формировании космических объектов

(11 класс), (11 класс), (11 класс)

Москва, физико-математический лицей № 000 при МИФИ

Научные руководители - , доцент, , инженер

Московский инженерно-физический институт (государственный университет)

E-mail: *****@***ru

На основе фактов первичного происхождения и миграции химических элементов участвующих в образовании солнечной системы, показано, что основная масса первичных инертных газов рассеялась в космическом пространстве, а инертные газы, входящие в состав вещества солнечной системы, являются продуктами вторичных ядерных превращений. На основе анализа данных о периоде полураспада, предшествующих инертным газам изотопов, обнаружен факт аномально быстрого остывания материи, выброшенной сверхновой звездой, что позволяет выдвинуть гипотезу о происхождении объектов солнечной системы из материала планетарной туманности, а не материи, выброшенной при взрыве сверхновой.

Происхождение инертных газов относится ко времени нуклеосинтеза вещества Солнечной системы, когда в ядре массивной звезды по мере выгорания водорода происходило сжатие, а рост давления и температуры, привел к возможности синтеза 12С из 4Не. Постепенно этот процесс прекратился, а в массе звезды начался синтез более тяжелых элементов с гравитационным расслоением образующегося вещества. Образовались массивные слои содержащие Si, O, а вот углеродный слой оказался небольшим, из-за относительной легкости превращения 12С в 16О по механизму биядерной реакции, чем его синтез из 4Не по триядерной. Постепенный синтез тяжелых элементов в железо-никелевом ядре поддерживал положительный энергетический баланс и устойчивость звезды. Затем, стали преобладать процессы слияния тяжелых ядер, что привело к падению температуры, утрате устойчивости и резкому сжатию ядра. Постепенно в ядре звезды стали преобладать процессы образования тяжелых ядер, что привело к падению температуры и утрате устойчивости. Наступившая фаза характеризуется апериодическими пульсациями, которые завершаются выбросом вещества в космическое пространство, сопровождаемого взрывом сверхновой, или же образованием планетарной туманности. Расширяясь, выброшенная плазма охлаждалась и происходила конденсация вещества. Его состав преимущественно отвечает составу звездных слоев, не успевших перемешаться между собой. Из вещества внутренних слоев сформировался железо-никелиевый сплав, средний слой сконденсировался в мелкие силикатные сферы – хондры, а внешние слои образовали графитовые хлопья с адсорбированными на них углеводородами. При этом основная масса газов не вошла в состав твердого вещества. После конденсации, хондры быстро остывали, о чем свидетельствует их небольшой размер (менее 5 мм) и отсутствие в них крупных кристаллов. Их дальнейшее слипание, не сопровождавшееся разрушением хондр, привело к формированию более крупных объектов - планетeзималий, что при условии сохранения повышенной радиоактивности способствовало росту температуры в глубине, вплоть до плавления материала и дегазации расплава в вакуум. Дальнейшее слияние планетeзималий привело к возникновению планет.

То, что в твердом веществе практически не содержались первичные инертные газы, подтверждает существенное влияние вторичных ядерных процессов на их современное количество и состав. Так, аномальный избыток 40Аr вызван его образованием при распаде 40К, хотя первичным должен был быть 36Аr, что видно из реакций нуклеосинтеза: 3 4Не → 12С + α → 16О + α → 20Ne + α → 24Mg + α → 28Si + α → 32S + α → 36Аr + α → 40Ca Ксенон сильно обогащен 129Хе образующемся при распаде 129I, который из-за меньшей летучести был захвачен при конденсации первичного вещества. Происхождение тяжелых изотопов 83, 84, 86Kr и 131, 132, 134, 136Xe связывают со спонтанным делением 244Рu и 235, 238U. Это подтверждает сходство изотопного состава Xe образующегося при спонтанном делении 244Рu с наблюдаемым изотопным составом атмосферы Земли и Xe из других источников. Дополнительно можно предположить, что избыток тяжелых изотопов Хе в некоторых метеоритах объясняется спонтанным делением (86%) 250Сm. Проведенный анализ позволяет объяснить разброс в количественном и изотопном составе инертных газов разных метеоритов, или даже из разных частей или минералов одного и того же метеорита, без привлечения гипотезы ядерных реакций под действием галактического излучения.

Проведенный нами дальнейший анализ ядерных превращений изотопов различных элементов, приводящих к образованию инертных газов, показывает, что при наличии исходного изотопа с периодом полураспада более 10 дней, повышающем вероятность его захвата конденсирующимся веществом, доля соответствующего изотопа инертного газа значительно повышается. Исключением из этого правила служит 126I, однако он дает возможность оценить скорость остывания хондр по отсутствию ощутимых количеств 126Хе, образовавшегося из 126I (Т1/2=13,11дн.), не успевшего сконденсироваться из-за высокой летучести. Проведенный расчет показывает, что время остывания материи из которой сформировалась солнечная система, составляет десятки дней, в то время как данные, полученные при наблюдении сверхновых свидетельствуют о гораздо больших сроках остывания материи. Это позволяет выдвинуть гипотезу о происхождении солнечной системы из планетарной туманности, температура вещества которой, в момент ее формирования на насколько порядков ниже, чем при взрыве сверхновой.

Дальнейшие же исследования в этом направлении позволят сделать дополнительные выводы о формировании вещества солнечной системы.

Список литературы

1. Рыжов нуклеосинтез – источник происхождения химических элементов. Соросовский образовательный журнал, т.6, №8, 2000, с.81.

2. Вселенная. М.:БММ АО, 2002, с.92.

3. , , . Спиральные галактики и химическое обогащение межгалактической среды. Астрофизика на рубеже веков. Труды Всероссийской конференции. Пущинская радиоастрономическая обсерватория 17-22 мая 1999. М.: “Янус-К” 2001. с.458-462.

4. Толстихин геохимия гелия, аргона и редких газов. Л.: “Наука”, 1986.

5. Table of isotopes. Eight Edition, v.1,2, NY, 1996.

6. Eugster O., Eberhardt P., Geiss J. Krypton and xenon isotopic composition in three carbonaceous chondrites. EPSL, 3, pp.249-257, 1967