• Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
14.05.2022
Иван Лавренов
1
7 628

Альтернативный источник углерода ослабляет антропный принцип

5.0

Описан способ синтеза углерода, который работает в отсутствие резонанса Гойла - особого состояния ядра углерода. Таким образом, возможность существования углерода и разумной жизни во Вселенной не требует «тонкой настройки» параметров ядерных взаимодействий, что являлось одним из аргументов в пользу антропного принципа - предположения, что значения фундаментальных констант в точности соответствуют возможности возникновения жизни.

Так ли важен резонанс Гойла для существования жизни во Вселенной?
Так ли важен резонанс Гойла для существования жизни во Вселенной? / © коллаж NS / Автор: Александр Литвинов

Все мы перед появлением на свет преодолели огромную пропасть, отделяющую нас от первозданного материала Вселенной. Углерод — основа жизни — появился благодаря звездному нуклеосинтезу, и превращение гелия в углерод — самый сложный этап этого процесса.

Синтез углерода в недрах звезд осложнен наличием сразу трех сравнительно неустойчивых элементов, которые требуется «проскочить» при образовании углерода из гелия, — это литий, бериллий и бор. Добавление водорода к ядру гелия, или слияние ядер гелия друг с другом, приводит к крайне нестабильным изотопам — литию-5 и бериллию-8. Первый существует 0,3 миллиардных триллионной доли секунды, и за это время с ним ничего не успевает произойти даже в недрах звезд. Природе приходится использовать второй изотоп. Ядра бериллия-8 живут примерно в 300 тысяч раз дольше, и некоторые из них за это время успевают слиться еще c одним ядром гелия, образуя углерод-12.

Образование ядра углерода-12 из трех ядер гелия. Последние две стрелки изображают переход резонанса Гойла в основное состояние с испусканием гамма-кванта (γγ)
Образование ядра углерода-12 из трех ядер гелия. Последние две стрелки изображают переход резонанса Гойла в основное состояние с испусканием гамма-кванта (γγ) / © https://nscl.msu.edu/news/science/news-36.html

В этом им помогает одно удивительное явление. Ядро углерода-12 обладает возбужденным резонансным состоянием, энергия которого с хорошей точностью совпадает с энергией продукта слияния бериллия-8 с гелием-4. Наличие такого «удобного» состояния резко повышает скорость реакции. Резонанс углерода-12, названный резонансом Гойла — по имени предсказавшего его физика, — считают одним из аргументов в пользу антропного принципа. Если бы он не существовал или его энергия отличалась всего на десяток процентов, во Вселенной не было бы углерода, а вместе с ним и наблюдателей — нас с вами.

В недавнем исследовании Фред Адамс из Университета Мичигана (США) провел поиск альтернативных путей синтеза углерода во Вселенной и обнаружил, что один из них все-таки имеет шансы на существование.

В отсутствие резонанса Гойла гелиевые ядра вступали бы в реакцию при куда более высоких температурах и плотностях, чем в нашей Вселенной. В недрах массивных звезд гелий не способен накапливаться «вечно». При приближении массы инертного звездного ядра к пределу Чандрасекара плотность вещества возрастает неограниченно, и неизбежно наступает момент, когда даже четыре альфа-частицы могут сталкиваться одновременно, образуя ядро кислорода-16.

Последующий за формированием кислородного ядра синтез еще более тяжелых элементов шел бы как обычно, и вселенная без резонанса Гойла отличалась бы от нашей лишь повышенным содержанием кислорода и отсутствием углерода.

Новое исследование показывает, что это было бы не совсем так: углерод может образовываться из кислорода в протопланетных дисках под действием космических лучей. Их мощным источником служит вращение внутреннего протопланетного диска в магнитном поле протозвезды, которое вызывает постоянное пересоединение силовых линий магнитного поля.

Как и в солнечных вспышках, пересоединение линий разгоняет заряженные частицы, но светимость протопланетного диска в космических лучах гораздо выше, чем у «зрелых» звезд, и может достигать одной десятитысячной светимости Солнца. Поглощаясь в толще самого диска, космические лучи разбивают ядра кислорода и превращают некоторую его долю в углерод (похожим образом солнечные космические лучи генерируют радиоуглерод в атмосфере Земли).

Художественное изображение области взаимодействия внутренней части протопланетного диска и магнитного поля протозвезды.
Художественное изображение области взаимодействия внутренней части протопланетного диска и магнитного поля протозвезды / © JPL/Caltech

Этот процесс эффективен только на внутреннем краю протопланетного диска, на расстоянии не более 0,1 астрономической единицы от протозвезды солнечной массы. Но, по расчетам автора исследования, в оптимальных условиях он способен превратить до одного процента находящегося там кислорода в углерод. И поскольку во внутренней части протопланетных дисков кислород содержится в силикатах, весь синтезированный углерод сразу оказывается в составе горных пород и образующихся из них планет (а не летает вокруг в виде метана или угарного газа).

Одного процента вполне достаточно: в составе обитаемой Земли, если включать силикаты мантии, кислорода в тысячи раз больше, чем углерода.

Таким образом, один рецепт для обитаемой планеты во Вселенной без резонанса Гойла найден. Это внутренняя скалистая планета в системе маломассивной звезды, где температура на расстоянии 0,1 астрономической единицы от звезды сравнима с земной.

Здесь следует упомянуть, что в пользу антропного принципа есть и другие аргументы, а отсутствие резонанса Гойла все-таки весьма осложняет возникновение жизни на планетах. Но оно не помножает эти шансы на нуль, как считалось ранее. Если же в предполагаемой Вселенной без резонанса Гойла, как и в нашей, есть триллион триллионов звезд, даже очень малого шанса может хватить, чтобы разумные наблюдатели появились и там.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Подписывайтесь на нас в Telegram, Яндекс.Новостях и VK
6 часов назад
Редакция Naked Science

Новый анализ настроений жителей Великобритании старше 40 лет, показал, что горожане имеют более низкий уровень благополучия, удовлетворенности социальным и материальным положением по сравнению с жителями сельской местности. Но есть нюанс.

Позавчера, 16:02
Александр Березин

Ровно 55 лет назад США высадили людей на Луне. Почему они, а не мы? Это объясняли и неспособностью создать достаточно мощные двигатели для советской лунной ракеты, и ошибками в проектировании ракеты, и нехваткой финансирования. Все эти версии объединяет одно: они резко противоречат документам. Из них складывается совершенно иная картина проигрыша. Так что же на самом деле погубило советскую лунную программу? И отчего последствия этого удара до сих пор так больно бьют по «Роскосмосу»?

Вчера, 15:14
Редакция Naked Science

Ожирение за последние 50 лет стало встречаться втрое чаще и заняло устрашающую пятую позицию в причинах смерти. Не отстает от него и диабет второго типа. Исследователи из Мичиганского университета предложили новый метод пятикратного увеличения эффективности в снижении аппетита и потере веса.

17 июля
Игорь Байдов

Команда китайских инженеров разработала модель магнитоэлектрического генератора, способного эффективно преобразовывать энергию падающих капель в электричество. Устройство может быть полезно для районов с повышенной сезонной влажностью. Разработка ученых в теории выглядит перспективно, но вызывает некоторые вопросы. В частности, пока не ясно, можно ли найти ей практическое применение.

Позавчера, 16:02
Александр Березин

Ровно 55 лет назад США высадили людей на Луне. Почему они, а не мы? Это объясняли и неспособностью создать достаточно мощные двигатели для советской лунной ракеты, и ошибками в проектировании ракеты, и нехваткой финансирования. Все эти версии объединяет одно: они резко противоречат документам. Из них складывается совершенно иная картина проигрыша. Так что же на самом деле погубило советскую лунную программу? И отчего последствия этого удара до сих пор так больно бьют по «Роскосмосу»?

19 июля
Юлия Трепалина

Так называемый думскроллинг, или болезненное погружение в новостные ленты с преобладанием негатива, не просто вгоняет в стресс. Международная группа специалистов в области психологии и поведенческих наук выяснила, что такая манера потребления новостного контента способна провоцировать более глубокую экзистенциальную тревогу, ощущение бесцельности жизни и даже ненависть к людям.

25 июня
Игорь Байдов

Ученые из Китая и Бельгии воссоздали в лаборатории условия, существовавшие на Меркурии четыре миллиарда лет назад, и выяснили, что они были идеальными для образования слоя алмазов, который с течением времени становился лишь толще.

1 июля
Александр Березин

Необычный биологический вид, по оценке авторов новой научной работы, пригоден для заселения четвертой планеты без каких-либо предварительных условий — уже в том виде, в котором он существует сейчас. Поскольку речь идет о фотосинтетическом организме, он способен нарабатывать существенное количество кислорода. Интересно, что кандидат на терраформирование Марса сохранил жизнеспособность после месяца в жидком азоте.

12 июля
Александр Березин

Falcon 9 Block 5 впервые за три сотни запусков дал частично неудачный полет. Ракета выводила 20 спутников компании SpaceX, с 15 связь уже пропала, еще пять могут быть потеряны в ближайшее время.

[miniorange_social_login]

Комментарии

1 Комментарий
Kostik Kitaev
14.05.2022
-
1
+
Пока никто не доказал, что разумная жизнь может быть только углеродная, атропный принцип может быть только слабым.
Подтвердить?
Подтвердить?
Причина отклонения
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Жалоба отправлена

Мы обязательно проверим комментарий и
при необходимости примем меры.

Спасибо
Аккаунт заблокирован!

Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.

Понятно
Что-то пошло не так!

Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно