Способ синтеза углерода разработан без учета резонанса Гойла, особенного состояния ядра углерода.
Это означает, что существование углерода и разумной жизни во Вселенной не зависит от «тонкой настройки» параметров ядерных взаимодействий, являясь одним из аргументов против антропного принципа — предположения о точном соответствии значений фундаментальных констант возможности возникновения жизни.
До рождения каждый из нас пересёк грань между собой и первичным веществом вселенной. Углерод, фундамент жизни, возник вследствие процессов в звездах. нуклеосинтезуПреобразование гелия в углерод представляет собой самый трудный этап всего процесса.
Синтез углерода в глубинах звезд затруднен наличием сразу трех сравнительно неустойчивых элементов: лития, бериллия и бора. Образование углерода из гелия проходит через этих элементов. Добавление водорода к ядру гелия или слияние ядер гелия друг с другом приводит к крайне нестабильным изотопам — литию-5 и… бериллию-8Первый изотоп существует в течение 0,3 триллионных долей секунды, за которые не происходит никаких событий даже в глубине звезд. Природа использует второй изотоп. Ядра бериллия-8 живут примерно в 300 тысяч раз дольше, и некоторые успевают слиться с ядром гелия, образуя углерод-12.
В этом помогает одно замечательное явление. Ядро углерода-12 находится в возбужденном состоянии. резонансным состояниемЕго энергия хорошо согласуется с энергией продукта слияния бериллия-8 с гелием-4. Такое «удобное» состояние значительно ускоряет реакцию. Резонанс углерода-12, названный резонансом Гойла— по имени физика, предсказанного им, — считают одним из доводов в пользу антропного принципаБез него или с энергией, отличающейся всего на десяток процентов, в Вселенной не было бы углерода, и следовательно, не было бы наблюдателей — нас с вами.
В недавнем исследованииФред Адамс из Университета Мичигана изучил возможные пути синтеза углерода в космосе и нашел один, который потенциально может существовать.
Без резонанса Гойла ядра гелия реагировали бы при значительно более высоких температурах и плотностях, чем в нашей Вселенной. В сердце массивных звезд гелий не может накапливаться бесконечно. Приближении массы неподвижного ядра к пределу ЧандрасекараЧем больше увеличивается плотность вещества, тем чаще альфа-частицы встречаются, в итоге даже четыре частицы могут столкнуться одновременно и образоваться ядро кислорода-16.
Синтез элементов тяжелее кислорода после его ядра шёл бы обычным образом, и Вселенная без резонанса Гойла отличалась бы от нашей большей концентрацией кислорода и отсутствием углерода.
Исследование демонстрирует, что процесс формирования углерода из кислорода в протопланетных дисках возможен. космических лучейВращение внутреннего протопланетного диска в магнитном поле протозвезды является мощным источником энергии за счет постоянного пересоединения силовых линий магнитного поля.
Как и в солнечных вспышках, пересоединение линий разгоняет заряженные частицы. Светимость протопланетного диска в космических лучах значительно выше, чем у звезд зрелых возрастов, и может составлять одну десятую тысячную светимости Солнца. Космические лучи, поглощаясь в толще диска, разбивают ядра кислорода и перерабатывают часть его в углерод (подобно тому как солнечные космические лучи…). радиоуглерод в атмосфере Земли).
Процесс эффективен лишь на внутреннем крае протопланетного диска, в пределах 0,1 астрономической единицы от звезды солнечной массы. Расчёты автора показывают, что при благоприятных условиях до одного процента кислорода там может превратиться в углерод. Внутренняя часть протопланетных дисков богата кислородом, заключённым в силикатах. Все синтезированное таким образом вещество сразу же входит в состав горных пород и образующихся из них планет, а не становится метаном или угарным газом.
Достаточно одного процента: при учёте пород земной коры, кислорода на нашей планете многократно превосходит углерод по количеству.
В нашей галактике обнаружен один рецепт обитаемой планеты без эффекта Гойла. Это скалистая планета во внутренней орбите маломассивной звезды, где температура на расстоянии 0,1 а.е. от звезды схожа с земной.
Существуют и другие аргументы в пользу антропного принципа. Отсутствие резонанса Гойла затрудняет возникновение жизни на планетах, но не сводит его к нулю, как считалось раньше. В предполагаемой Вселенной без резонанса Гойла, подобно нашей, даже малый шанс появления разумных наблюдателей среди триллиона триллионов звезд может быть достаточным.