Кіріспе

Астрофизикада кремнийдің жануы – бұл кемінде 8–11 күн массасы бар массивті жұлдыздарда өте қысқа мерзімде жүретін ядролық синтез реакцияларының тізбегі. Кремнийдің жануы – массивті жұлдыздардың Герцспрунг-Рассел диаграммасындағы негізгі тізбекте ұзақ өмір сүруіне қуат беретін отыны таусылған соңғы синтез кезеңі болып табылады. Ол сутек, гелий, көміртек, неон және оттектің жану процестерінен кейін жүреді. Кремнийдің жануы жұлдыздың ядролық температурасы 2,7–3,5 миллиард Кельвинге (GK) дейін гравитациялық қысымның артуымен басталады. Нақты температура массасына байланысты. Жұлдыз кремнийді жағу кезеңін аяқтағаннан кейін, ешқандай қосымша синтез процесі мүмкін емес. Жұлдыз күрт құлайды және ІІ типтегі супенова деп аталатын жарылысқа ұшырауы мүмкін.

Ядролық синтез реттілігі және кремний фототараптануы

Жұлдыз оттегімен жану процесін аяқтағаннан кейін оның өзегі негізінен кремний мен күкірттен тұрады. Егер оның массасы жеткілікті болса, оның өзегі 2.7–3.5 GK (230–300 keV) аралығында температураға жеткенге дейін тарылады. Бұл температурада кремний және басқа элементтер фотодизинтеграцияланып, протон немесе альфа бөлшегін шығарады, бұл альфа процесі арқылы жаңа элементтердің пайда болуына себеп болады, босатылған альфа бөлшектерінің бірі қосылады. Дегенмен, жаңа термоядролық реакциялар арқылы қосымша жылу энергиясын өндіру мүмкін болмағандықтан, соңғы қарсылықсыз тарту бірнеше секундқа созылатын күйреуге дейін жылдамдайды. Егер жұлдыздың массасы аралығында болса, материалдың кері құлауы нейтрондық өзектің одан әрі қара тесікке құлауына әкеледі. Жұлдыздың сыртқы қабаттары ІІ типтегі супенова деп аталатын жарылыста шашырап кетеді, ол бірнеше күннен бірнеше айға дейін созылады. Супенова жарылысы үлкен мөлшерде нейтрондарды бөліп шығарады, олар темірден ауыр элементтердің ғаламдағы жартысын шамамен бір секунд ішінде жылдам нейтрон ұстау тізбегі арқылы синтездеуі мүмкін, бұл r процесі деп белгілі (мұндағы "r" – "жылдам" нейтрон ұстауды білдіреді).

Байлау энергиясы

Бұл графикте әртүрлі нуклидтердің нуклеонға шаққандағы байланыс энергиясы көрсетілген. Байланыс энергиясы – еркін протон және нейтрон энергиясының, нуклид энергиясынан айырмасы. Егер реакцияның өнімдерінің нуклеонға шаққандағы байланыс энергиясы, реакцияға қатысушылардың байланыс энергиясынан жоғары болса, онда реакция экзотермиялық (энергия бөліп шығарады) болып саналады және жүруі мүмкін. Бірақ, бұл протондар мен нейтрондар санын өзгертетін реакцияларға қатысты емес (әлсіз күш реакциялары ескерілмейді). Көріп отырғанымыздай, дейтерий немесе гелий сияқты жеңіл нуклидтер бірігіп, ауыр элементтер құрағанда көп мөлшерде энергия бөлінеді (байланыс энергиясының күрт өсуі). Керісінше, уран сияқты ауыр элементтер ядролық бөліну процесінде жеңіл элементтерге ыдырағанда энергия бөлінеді. Жұлдыздардағы жылдам нуклеосинтез ауыр ядроларға гелий ядроларын (альфа бөлшектерін) қосу арқылы жүзеге асады. Жоғарыда айтылғандай, бұл процесс атомдық массасы 56-ға дейін жүреді. Никель-56-ның ыдырауы металл метеориттері мен тас планеталардың ядроларында көп мөлшерде темір-56 кездесуін түсіндіреді.