• Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
14 мая
Иван Лавренов
1
6 321

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

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
Предстоящие мероприятия
Вчера, 14:41
Ольга Иванова

Исследование ученых из Германии и США показало, что принятие определенных поз помогает справиться с чувством неуверенности.

Вчера, 17:18
Анна Новиковская

Хотя обычно кошки ведут себя более отчужденно, чем собаки, они куда сильнее привязаны к людям, чем нам кажется. В новом исследовании японские ученые выяснили, что эти питомцы не только помнят собственные имена, но и заучивают клички других знакомых кошек, а также людей, с которыми они живут рядом.

Вчера, 14:37
Анна Новиковская

Ранее предполагалось, что животные обладают очень ограниченными способностями к созданию гибких, но при этом структурированных вокальных последовательностей, таких как предложения человеческого языка. Коллектив немецких и французских ученых проанализировал около 900 часов звукозаписей криков обыкновенных шимпанзе, чтобы доказать: это не так.

14 мая
Василий Парфенов

Космическую компанию Илона Маска в шутку иногда называют пиротехнической — так часто ее изделия взрываются во время испытаний. Пара свежих инцидентов на тестовом полигоне в городе Макгрегор лишь подтверждают эту славу. Не успели фанаты космонавтики наладить онлайн-трансляцию из этой локации, как запечатлели сразу два взрыва подряд с промежутком всего в десятки часов.

12 мая
Мария Азарова

Авторы нового исследования проверяли, насколько выполнение второстепенного задания влияет на аргументы, которые выдвигали люди, говорящие правду или неправду.

13 мая
Алиса Гаджиева

Один из самых археологически изученных ландшафтов в мире до сих преподносит сюрпризы.

21 апреля
Александр Березин

Местные чиновники пытаются переложить ответственность за случившееся на резкое уменьшение турпотока из-за коронавируса, но цифры показывают, что ключевая проблема совсем в другом. В 2019 году на выборах в этой стране победил президент — сторонник модных зеленых идей. Вскоре там запретили продажу минеральных удобрений и двинулись к «устойчивому сельскому хозяйству». Как именно популярные «органические» идеи повлияли на еще не так давно быстро растущую местную экономику? И почему уроки шри-ланкийской трагедии могут пригодиться даже Западу и России?

26 апреля
Василий Парфенов

Крупнейшие патентные ведомства мира десятилетиями или веками принципиально игнорируют любые конструкции, нарушающие начала термодинамики. С точки зрения здравого смысла это хорошо, но конспирологи и гении-самоучки считают иначе. По их мнению, такая политика стала результатом заговора (подставьте сюда любое вымышленное или не очень секретное общество либо лобби). Что ж, похоже, Роспатент встал на их сторону.

27 апреля
Александра Медведева

С помощью GPS-трекинга ученые проследили за перемещениями целой популяции домашних кошек в небольшом норвежском городке. Оказалось, питомцы редко уходят от дома далее 50 метров и почти не совершают длительных прогулок.

[miniorange_social_login]

Комментарии

1 Комментарий

4 дня назад
-
1
+
Пока никто не доказал, что разумная жизнь может быть только углеродная, атропный принцип может быть только слабым.
Подтвердить?
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

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: