Звездный нуклеосинтез

Идеи Хойла получили огромную поддержку, когда он и его коллеги смогли разработать успешную теорию формирования химических элементов в звездах, названную звездным нуклеосинтезом и опубликованную в 1957 году^{176}. Это пошатнуло позиции модели Большого взрыва, поскольку механизм первичного нуклеосинтеза не подтвердился.

В 1952 году физик Эдвин Солпитер обнаружил новый способ преодолеть область нестабильности между 5-м и 8-м нуклонами при формировании элементов тяжелее гелия. В открытой им так называемой тройной гелиевой реакции две альфа-частицы, то есть ядра гелия-4 (Не⁴), сначала объединяются в ядро бериллия-8 (Be⁸), состоящее из четырех протонов и четырех нейтронов^{177}. Однако ядро бериллия нестабильно, что, как мы уже знаем, стало важным ограничением, не позволяющим первичному нуклеосинтезу продолжаться. Солпитер доказал, что при достаточно высокой температуре и плотности ядро Be⁸ может захватить еще одно ядро Не⁴, успевая до распада образовать стабильное ядро углерода-12 (С¹²). Вот как выглядит эта реакция:

Не⁴ + Не⁴ ? Be⁸;

Не⁴ + Ве⁸ ? С¹².

Разумеется, углерод — ведущий элемент в возникновении жизни, какой мы ее знаем. Ядра других элементов, также необходимых для жизни, таких как кислород и кальций, тоже могут образовываться из Не⁴, соединяясь с другими ядрами:

Не⁴ + С¹² ? О¹⁶;

Не⁴ + O¹⁶?Са²⁰.

Теоретически такие процессы могли протекать во время Большого взрыва. Однако температура должна была упасть ниже 1 млрд. градусов, поскольку при более высокой температуре ядра распадаются вследствие фотоядерных реакций с той же скоростью, с которой образуются. При такой температуре плотность ранней Вселенной упала до 10^-4 г/см³, а этого слишком мало для процессов, описанных Солпитером.

В 1954 году Хойл доказал, что, когда звезда сжигает все свои запасы водорода и схлопывается под воздействием гравитации, ее ядро достигает температуры порядка 100 млн. градусов и плотности около 10 000 г/см³, позволяя тройной гелиевой реакции произойти^{178}.