Разработан метод получения углерода, который не предполагает наличие резонанса Гойла – специфического состояния ядра углерода. Это указывает на то, что для существования углерода и, возможно, разумной жизни во Вселенной не обязательна «тонкая настройка» параметров ядерных взаимодействий, что ранее рассматривалось как один из аргументов в пользу антропного принципа – гипотезы о том, что значения фундаментальных констант точно соответствуют возможности возникновения жизни.
Мы все прошли через значительный путь, разделяющий нас и изначальную материю, из которой мы состоим. Углерод, являющийся основой всего живого, возник благодаря звёздному нуклеосинтезу, этот процесс требует преодоления значительных энергетических барьеров, и превращение гелия в углерод является его наиболее трудным этапом.
Образование углерода в звёздных недрах затруднено тем, что для его получения из гелия необходимо преодолеть стадию, включающую три относительно непрочные элементные формы: литий, бериллий и бор. Присоединение водорода к ядру гелия или слияние ядер гелия между собой вызывает образование чрезвычайно нестабильных изотопов — лития-5 и бериллию-8. Первый изотоп существует лишь 0,3 триллионных доли секунды, что слишком мало времени, чтобы какие-либо процессы произошли даже в звёздных недрах. Поэтому природа вынуждена использовать второй изотоп. Ядра бериллия-8 существуют приблизительно в 300 тысяч раз дольше, и в течение этого периода некоторые из них могут объединиться с ядром гелия, формируя углерод-12.
В этом им сопутствует одно необычное явление. Ядро углерода-12 находится в возбужденном резонансным состоянием, энергия которого с высокой степенью соответствия равна энергии, образующейся при слиянии бериллия-8 и гелия-4. Такое «благоприятное» состояние значительно ускоряет ход реакции. Резонанс углерода-12, названный резонансом Гойла — названный в честь физика, предложившего его, — рассматривается как один из доводов в поддержку антропного принципа. Если бы он не существовал или его энергетический уровень отличался бы всего на десять процентов, углерод не сформировался бы во Вселенной, и, как следствие, не возникло бы наблюдателей — то есть нас.
В недавнем исследовании Поиском альтернативных методов формирования углерода во Вселенной руководил Фред Адамс из Университета Мичигана (США), и ему удалось выявить один из них, который, возможно, существует.
При отсутствии резонанса Гойла, реакции между гелиевыми ядрами потребовали бы значительно более высокие температуры и плотности, чем те, что существуют в нашей Вселенной. В массивных звездах накопление гелия не может продолжаться бесконечно. По мере увеличения 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.
Формирование более тяжелых элементов после создания кислородного ядра продолжилось бы аналогичным образом, и вселенная, не имеющая резонанса Гойла, отличалась бы от нашей лишь более высоким содержанием кислорода и полным отсутствием углерода.
Новое исследование демонстрирует, что ситуация может быть иной: углерод способен формироваться из кислорода в протопланетных дисках под воздействием космических лучей. Основной движущей силой является вращение протопланетного диска внутри магнитного поля протозвезды, что приводит к непрерывному перераспределению магнитных линий.
Подобно тому, как происходит в солнечных вспышках, взаимодействие магнитных линий ускоряет заряженные частицы. Однако светимость протопланетного диска в космических лучах значительно превышает показатели «зрелых» звезд и может достигать одной сотой процента от светимости Солнца. Проникая в структуру самого диска, космические лучи расщепляют ядра кислорода и преобразуют часть его в углерод – аналогичным образом солнечные космические лучи генерируют радиоуглерод в атмосфере Земли).
Данный механизм действует только в пределах внутреннего края протопланетного диска, находящегося на расстоянии не более 0,1 астрономической единицы от протозвезды с массой Солнца. Согласно расчетам автора исследования, при благоприятных условиях он может преобразовать до одного процента кислорода, присутствующего в этой области, в углерод. Поскольку кислород во внутренней части протопланетных дисков содержится в силикатах, весь образовавшийся углерод немедленно включается в состав горных пород и формирующихся из них планет, а не присутствует в газообразной форме, например, в виде метана или угарного газа).
Для поддержания жизни достаточно всего одного процента: если учитывать силикаты мантии, то на Земле кислорода в тысячи раз превосходит количество углерода.
Обнаружен один из возможных сценариев формирования обитаемой планеты во Вселенной, не связанной с резонансом Гойла. Это внутренняя, скалистая планета, вращающаяся вокруг маломассивной звезды, где температура на расстоянии 0,1 астрономической единицы от звезды сопоставима с земной.
Следует также отметить, что за антропным принципом стоят и другие доводы, а отсутствие резонанса Гойла, безусловно, усложняет возникновение жизни на планетах. Однако это не исключает возможности появления жизни, как это предполагалось ранее. Даже если в гипотетической Вселенной без резонанса Гойла, подобно нашей, существует триллион триллионов звезд, минимальной вероятности может оказаться достаточно для возникновения разумных наблюдателей.