Наше Солнце – молодая звезда, в его ядре водород превращается в гелий, атомная масса которого равна 4. В звездах среднего возраста в результате термоядерных реакций образуются все химические элементы вплоть до железа (атомная масса 56).

Фото КА Хаббла. Звезды разных возрастов

   Как говорят физики, гравитация правит миром. В том числе и звездами. Под действием гравитации газопылевое вещество со всех сторон устремляется к случайному уплотнению. При падении кинетическая энергия вещества переходит в тепло и нагревает образовавшийся газопылевой сгусток (см. материал на нашем сайте «КАК зажигаются звезды»).

   Так начинается борьба, борьба гравитации, сжимающей будущую звезду, с сопротивляющимся давлением расширяющегося горячего газа. Эта борьба в звезде длится миллиарды лет. Побеждает то одна сила, то другая. Гравитация, которая сама породила противодействующую ей силу, в конце концов побеждает и сжимает звезду.

   Когда в результате уплотнения газопылевого вещества температура в центре звезды достигает 10 - 15 миллионов градусов, включаются первые термоядерные реакции.  

    В молодой звезде основная реакция – это реакция превращения водорода в гелий. Масса четырех ядер водорода больше массы образовавшегося из них ядра гелия. Разность масс – «дефект массы» - превращается в энергию излучаемых гамма-квантов и покидающих звезду потоков нейтрино. Гамма-кванты разогревают звездное ядро и окружающий его газ, давление которого  теперь в состоянии противостоять сжатию, звезда приходит в равновесное состояние, которое у звезд типа Солнца длится миллиарды лет. Причина в том, что водорода в звездах много – (76 – 78) % массы, а реакция происходит медленно.

   Когда водорода остается всего несколько процентов, описанная реакция замирает, гравитация сжимает ядро, но при этом оно нагревается до 20 - 30 миллионов градусов, поэтому включаются новые реакции - объединения трех ядер гелия в углерод с выделением гамма-квантов и нейтрино. Эта реакция длится уже не миллиарды, а миллионы лет, так как гелия меньше, чем водорода. Опять достигается равновесие.

   Интересно, что вокруг горячего звездного ядра из гелия сохраняются условия для предыдущей реакции. Горючим служит окружающий ядро газ, ведь он еще не участвовал в реакциях, в нем еще много водорода. Так вокруг звездного ядра из гелия возникает «водородный слоевой источник». Он подогревает вышележащие слои, они расширяются, радиус атмосферы увеличивается в десятки и сотни раз, звезда становится красным гигантом, а ее ядро тем временем продолжает разогреваться и уплотняться.

   Равновесие сил, сжимающих звезду, и газового давления нарушается, возникают объемные колебания. Расширившаяся атмосфера остывает, газовое давление уменьшается, атмосфера падает обратно на звезду и при этом разогревается, поэтому опять расширяется и т.д. При пульсации звезд большую роль играют изменения степени ионизации атомов и прозрачности атмосферы.

   Блеск потерявших равновесие звезд периодически изменяется. Существует много типов пульсирующих звезд: с четкой периодичностью (рис. 1) и «неправильные», с периодами в доли суток и долгопериодические, возникающие у звезд разных масс на разных этапах эволюции. Колебания атмосферы постепенно затухают.

Рис. 1

   В ядре звезды продолжаются термоядерные реакции. Температура достигает сотен миллионов градусов. К ядрам углерода присоединяются ядра гелия, образуются ядра кислорода. Вокруг звездного углеродно-кислородного ядра возникает гелиевый слоевой источник. 

     Путем последовательного присоединения ядер гелия появляются все более тяжелые ядра: неона, магния, натрия и так далее.  Реакции происходят все быстрее, ядро звезды уплотняется и все сильнее разогревается. Когда температура в нем достигнет миллиардов градусов, возникшие ядра атомов объединяются между собой, образуя еще более тяжелые. Под слоем горящего гелия возникают новые слоевые источники, но водородный – выше всех. Поток нейтрино все возрастает.

   Термоядерные реакции продолжаются до образования кобальта, никеля, железа, дальнейшее объеднение тяжелых ядер оказывается энергетически невыгодным.

   Теперь термоядерные реакции замирают, газовое давление падает, гравитация берет верх. Но игра еще на окончена.  Гравитация еще не «наигралась»: она порождает новые противодействующие ей силы.

      В  тех массивных звездах, которые взрываются как сверхновые, более тяжелые элементы образуются при захвате нейтронов и при других ядерных реакциях (рис. 2). Звезды меньшей массы еще продолжают излучать, но их средний возраст сменяется старостью, новые химические элементы в них  больше не образуются.

Рис. 2

   В природе реакции образования химических элементов  гораздо сложнее описанных и при этом очень зависят от массы звезды, ее первичного химического состава, наличия спутников и т.д.

   «В целом все наблюдаемое многообразие химических элементов может быть объяснено многообразием реакций синтеза на отдельных этапах развития звезд» (проф. И.А. Климишин)