Введение

Очень краткая последовательность ядерных реакций, происходящая в массивных звездах. В астрофизике горение кремния — это очень короткая последовательность ядерных реакций, происходящая в массивных звездах с минимальной массой около 8–11 солнечных масс. Горение кремния является заключительной стадией ядерного синтеза в массивных звездах, у которых исчерпан запас топлива, поддерживающего их долгую жизнь на главной последовательности диаграммы Герцшпрунга — Рассела. Оно следует за предыдущими стадиями горения водорода, гелия, углерода, неона и кислорода. Горение кремния начинается, когда гравитационное сжатие повышает температуру ядра звезды до 2,7–3,5 миллиардов кельвинов (GK). Точная температура зависит от массы звезды. После завершения фазы горения кремния дальнейший ядерный синтез невозможен. Звезда катастрофически коллапсирует и может взорваться как сверхновая типа II.

Последовательность ядерного синтеза и фотораспада кремния

После того, как звезда завершает процесс сжигания кислорода, ее ядро состоит в основном из кремния и серы. Если звезда обладает достаточной массой, она продолжает сжиматься, пока температура ее ядра не достигнет диапазона 2,7–3,5 GK (230–300 кэВ). При этих температурах кремний и другие элементы могут подвергаться фотодизинтеграции, испуская протоны или альфа-частицы, что приводит к образованию новых элементов посредством альфа-процесса, с добавлением одной из высвободившихся альфа-частиц. Однако, поскольку дальнейшее выделение тепловой энергии посредством реакций термоядерного синтеза невозможно, окончательное, ничем не сдерживаемое сжатие быстро переходит в коллапс, длящийся всего несколько секунд. Если масса звезды меньше, чем между 1,4 и 3 солнечных масс, то отток вещества приведет к дальнейшему сжатию нейтронного ядра в черную дыру. Внешние слои звезды сбрасываются в результате взрыва, известного как сверхновая типа II, который длится от нескольких дней до нескольких месяцев. Взрыв сверхновой высвобождает мощный поток нейтронов, который за примерно одну секунду может синтезировать около половины всего количества элементов тяжелее железа, содержащихся во Вселенной, посредством последовательности быстрого захвата нейтронов, известной как r-процесс (где "r" означает "быстрый" захват нейтронов).

Энергия связывания

На этом графике показана энергия связи на нуклон различных нуклидов. Энергия связи — это разность между энергией свободных протонов и нейтронов и энергией нуклида. Если продукт или продукты реакции обладают большей энергией связи на нуклон, чем исходные реагенты, то реакция экзотермическая (выделяет энергию) и может протекать, однако это справедливо только для реакций, не изменяющих число протонов или нейтронов (реакций, связанных со слабым взаимодействием). Как видно, легкие нуклиды, такие как дейтерий или гелий, выделяют большое количество энергии (значительное увеличение энергии связи) при объединении в более тяжелые элементы — процесс ядерного синтеза. И наоборот, тяжелые элементы, такие как уран, выделяют энергию при распаде на более легкие элементы — процесс ядерного деления. В звездах быстрый нуклеосинтез происходит путем присоединения ядер гелия (альфа-частиц) к более тяжелым ядрам. Как упоминалось выше, этот процесс завершается примерно при атомной массе 56. Распад никеля-56 объясняет большое количество железа-56, обнаруженного в металлических метеоритах и ядрах каменистых планет.