Роберт Гейзен - Історія Землі

І згодом зненацька з’явилося не просто «щось», а все, що існуватиме відтоді завжди, усе одразу. Об’єм нашого всесвіту був менший за ядро атома. Цей ультрастислий космос постав як чиста однорідна енергія, де не було частинок, що могли би зіпсувати цю ідеальну одноманітність. Усесвіт швидко розширився, проте не назовні чи у щось подібне (у всесвіту немає «назовні»). Весь розпечений об’єм чистої енергії розширювався і ріс. І, оскільки розширювався, він холонув. Перші субатомні частинки виникли через долі секунди після Великого вибуху – це були електрони і кварки, невидима сутність усіх твердих тіл, рідин і газів, із яких складається наш світ і які матеріалізувалися з чистої енергії. Незабаром після цього, все ще протягом цієї найпершої долі найпершої космічної секунди, кварки об’єдналися в пари та триплети, утворивши більші частинки, у тому числі протони і нейтрони, які є в ядрі кожного атома. Усе це залишалося невимовно гарячим ще десь наступних півмільйона років, доки невпинне розширення зрештою не охолодило всесвіт на декілька тисяч градусів – достатньо низької температури, щоб електрони зціпилися з ядрами й утворили перші атоми. Переважно цими першими атомами були атоми водню – понад 90 % – невеликий відсоток складав гелій і ще трохи літію. Саме ця суміш елементів і утворила перші зірки.

Гравітація – це могутній двигун космічного притягування. Один атом водню дуже маленький, але візьміть його та відтворіть 1060 разів (це становитиме трильйон трильйонів трильйонів трильйонів трильйонів атомів) і тоді всі вони матимуть разючу колективну силу тяжіння. Гравітація потягне їх до спільного центру, утворюючи зірку – гігантську газову кулю із неймовірним тиском у ядрі. Коли у процесі народження зірки величезна воднева хмара колапсує і стискається, кінетична енергія атомів, що рухаються, перетворюється на потенційну гравітаційну енергію зв’язаної системи, яка зі свого боку переходить у теплову енергію – такий самий процес відбувається, коли астероїд зіштовхується із Землею, проте енергії при зіркотворенні виробляється значно більше. Зрештою температура в ядрі газової кулі сягає мільйонів градусів, а тиск – мільйонів атмосфер.

Такі температура й тиск спричиняють новий процес – реакцію ядерного синтезу. За цих екстремальних умов ядра двох атомів водню (у кожному є по одному протону) зіштовхуються з такою силою, що нейтрони переміщаються з одного ядра в інше, у такий спосіб роблячи одні атоми масивнішими за інші. Після низки таких зіткнень утворюються ядра гелію із двома протонами. Дивовижно, але маса створеного атома гелію менша за масу початкових атомів водню, з яких він утворився, десь на 1 %. Ця втрачена маса перетворюється безпосередньо на теплову енергію (так само, як це відбувається у водневій бомбі), що тільки посилює термоядерну реакцію. Зірка «запалюється», заливаючи все довкола світловою енергією, і отримує з водню більше і більше гелію.

Великі зірки, багато з них більші за Сонце, врешті вичерпують чималі запаси атомів водню у своїх ядрах. Проте надзвичайно високий внутрішній тиск і теплова енергія продовжують підтримувати ядерний синтез. Двопротонні атоми гелію, які утворилися в ядрі зірки, з’єднуються між собою, продукуючи атоми вуглецю з шістьма протонами, – це надзвичайно важливий елемент для життя. Реакція не припиняється і коли нові поштовхи ядерної енергії спричинюють синтез гелію у сферичному шарі, який оточує зіркове ядро. Згодом синтезується неон, із неону утворюються атоми кисню, далі – магній, кремній, сірка тощо. Поступово зірка за структурою стає схожа на цибулину, де на один шар накладається інший концентричний шар зі своїми реакціями синтезу. Все швидше і швидше відбуваються ці реакції аж доки менше ніж за день не завершається кінцева фаза, коли утворюються атоми заліза. Так, через багато мільйонів років після Великого вибуху протягом життєвого циклу перших зірок завдяки ядерному синтезу утворилася більшість перших двадцяти шести елементів періодичної системи.

І стосовно атомів заліза і процесу ядерного синтезу. Коли водень перетворюється на гелій, а гелій стає вуглецем, і впродовж усіх інших реакцій об’єднання вивільнюється дуже багато ядерної енергії. Однак ядро атома заліза має найменшу енергію порівняно з будь-якими атомними ядрами інших елементів. Енергія вичерпується так само, як паливо в полум’ї перетворюється на попіл. Залізо – це наче ядерний попіл; при зіткненні ядра атома заліза з будь-яким іншим ядром ядерна енергія не вивільняється. Тож, коли перша масивна зірка неминуче виробила своє залізне ядро, гра завершилася і результати були катастрофічні. До того моменту в зірці панувала стійка рівновага і баланс між двома великими внутрішніми силами: гравітацією, яка стягувала масу до центру, та ядерними реакціями, які виштовхували цю масу назовні. Проте, коли ядро наповнилося залізом, процес виштовхування з ядра просто зупинився і тоді з невимовним шаленством запанувала гравітація. Зірка настільки стрімко колапсувала, завалюючись досередини, що спружинила від самої себе і, вибухнувши, утворила першу наднову. Зірка розпалася, викинувши більшість своєї маси назовні.