В то или иное время все любители науки слышали печально известные слова покойного Карла Сагана: «Мы сделаны из звездных вещей». Но что это значит именно? Как могут огромные плазменные шары, жадно сжигающие их ядерное топливо в далеком времени и пространстве, сыграть какую-либо роль в порождении огромной сложности нашего земного мира? Как могло быть так, что «азот в нашей ДНК, кальций в наших зубах, железо в нашей крови, углерод в наших яблочных пирогах» мог быть настолько бесцеремонно выкован в сердцах этих массивных звездных гигантов?
Неудивительно, что эта история одновременно элегантна и внушает страх.
Все звезды происходят из скромного начала: гигантский, вращающийся сгусток газа и пыли. Гравитация заставляет облако конденсироваться по мере вращения, превращаясь в еще более плотно упакованную сферу материала. Со временем будущая звезда становится настолько плотной и горячей, что молекулы водорода в ее ядре сталкиваются и сливаются в новые молекулы гелия. Эти ядерные реакции выделяют мощные всплески энергии в форме света. Газ ярко светит; звезда родилась.
Конечная судьба нашей молодой звезды зависит от ее массы. Меньшие, легкие звезды горят, хотя водород в их ядре медленнее, чем более тяжелые звезды, сияют несколько тусклее, но живут гораздо дольше. Однако со временем падение уровня водорода в центре звезды вызывает меньше реакций синтеза водорода; меньшее количество реакций синтеза водорода означает меньшую энергию и, следовательно, меньшее внешнее давление.
В определенный момент звезда больше не может поддерживать напряжение, которое ее ядро поддерживало по отношению к массе своих внешних слоев. Гравитация опрокидывает шкалу, и внешние слои начинают опускаться внутрь ядра. Но их крах нагревает вещи, увеличивая внутреннее давление и снова обращая процесс вспять. Новая оболочка, сжигающая водород, создается прямо за пределами ядра, восстанавливая буфер против силы тяжести поверхностных слоев звезды.
В то время как ядро продолжает проводить реакции синтеза гелия с более низкой энергией, сила новой оболочки, горящей водородом, давит на внешнюю поверхность звезды, заставляя внешние слои набухать все больше и больше. Звезда расширяется и охлаждается в красного гиганта. Его внешние слои в конечном итоге полностью избавятся от гравитации, уплыв в космос и оставив позади маленькое мертвое ядро - белого карлика.
Более тяжелые звезды также иногда колеблются в борьбе между давлением и гравитацией, создавая новые оболочки атомов для плавления в процессе; однако, в отличие от более мелких звезд, их избыточная масса позволяет им продолжать формировать эти слои. В результате получается ряд концентрических сфер, каждая оболочка которых содержит более тяжелые элементы, чем окружающая ее. Водород в ядре порождает гелий. Атомы гелия сливаются вместе, образуя углерод. Углерод соединяется с гелием, образуя кислород, который плавится в неон, затем в магний, затем в кремний… через периодическую таблицу до железа, где заканчивается цепь. Такие массивные звезды действуют как печь, управляя этими реакциями посредством чистой энергии.
Но эта энергия - конечный ресурс. Как только ядро звезды становится сплошным железным шаром, оно больше не может плавить элементы для создания энергии. Как и в случае с более мелкими звездами, меньшее количество энергетических реакций в ядре тяжеловесных звезд означает меньшее внешнее давление против силы тяжести. Внешние слои звезды затем начнут разрушаться, ускоряя темпы синтеза тяжелых элементов и дополнительно уменьшая количество энергии, доступной для удержания этих внешних слоев. Плотность экспоненциально увеличивается в сокращающемся ядре, так тесно соединяя протоны и электроны, что становится совершенно новой сущностью: нейтронной звездой.
На данный момент ядро не может стать более плотным. У массивных внешних оболочек звезды - все еще кувыркающихся внутрь и все еще переполненных летучими элементами - больше некуда идти. Они врезаются в ядро, как разгоняющаяся нефтяная вышка, врезавшаяся в кирпичную стену, и превращаются в чудовищный взрыв - сверхновую. Необыкновенная энергия, генерируемая во время этого взрыва, наконец, позволяет синтезировать элементы, даже тяжелее железа, от кобальта до урана.
Энергетическая ударная волна, создаваемая сверхновой, движется в космос, выделяя тяжелые элементы на своем пути. Эти атомы могут быть позже включены в планетные системы, такие как наша. При правильных условиях - например, соответственно стабильной звезде и положении в ее обитаемой зоне - эти элементы обеспечивают строительные блоки для сложной жизни.
Сегодня наша повседневная жизнь стала возможной благодаря этим самым атомам, давно выкованным в муках жизни и смерти массивных звезд. Наша способность делать что угодно - просыпаться от глубокого сна, наслаждаться вкусной едой, водить машину, писать предложения, складывать и вычитать, решать проблемы, звонить другу, смеяться, плакать, петь, танцевать, бегать, прыгать и играть - в основном определяется поведением крошечных цепочек водорода в сочетании с более тяжелыми элементами, такими как углерод, азот, кислород и фосфор.
Другие тяжелые элементы присутствуют в меньшем количестве в организме, но, тем не менее, столь же важны для правильного функционирования. Например, кальций, фтор, магний и кремний работают вместе с фосфором для укрепления и роста наших костей и зубов; ионизированный натрий, калий и хлор играют жизненно важную роль в поддержании баланса жидкости в организме и электрической активности; и железо содержит ключевую часть гемоглобина, белка, который снабжает наши эритроциты способностью доставлять кислород, который мы вдыхаем, к остальной части нашего тела.
Итак, в следующий раз, когда у вас будет плохой день, попробуйте это: закройте глаза, сделайте глубокий вдох и созерцайте цепь событий, которая соединяет ваше тело и разум с местом, находящимся на расстоянии миллиардов световых лет, глубоко в дальних пределах пространство и время Вспомните, что массивные звезды, во много раз больше нашего Солнца, провели миллионы лет, превращая энергию в материю, создавая атомы, которые составляют каждую часть вас, Земли и всех, кого вы когда-либо знали и любили.
Мы, люди, такие маленькие; и все же, тонкий танец молекул, сделанных из этого звездного материала, порождает биологию, которая позволяет нам обдумывать нашу более широкую Вселенную и то, как мы вообще стали существовать. Сам Карл Саган объяснил это лучше всего: «Некоторая часть нашего существа знает, откуда мы пришли. Мы долго возвращаемся; и мы можем, потому что космос также внутри нас. Мы сделаны из звездных вещей. Мы способ для космоса познать себя ».
