Описано спосіб синтезу вуглецю, який працює за відсутності резонансу Гойла – особливого стану ядра вуглецю. Таким чином, можливість існування вуглецю і розумного життя у Всесвіті не вимагає «тонкого налаштування» параметрів ядерних взаємодій, що було одним з аргументів на користь антропного принципу – припущення, що значення фундаментальних констант в точності відповідають можливості виникнення життя.
Всі ми перед появою на світ подолали величезну прірву, що відокремлює нас від первозданного матеріалу Всесвіту. Вуглець – основа життя – з’явився завдяки зоряному нуклеосинтезу, і перетворення гелію в вуглець — найскладніший етап цього процесу.
Синтез вуглецю в надрах зірок ускладнений наявністю відразу трьох порівняно нестійких елементів, які потрібно «проскочити» при утворенні вуглецю з гелію, — це літій, берилій і бор. Додавання водню до ядра гелію, або злиття ядер гелію один з одним, призводить до вкрай нестабільних ізотопів — літію-5 і берилію-8. Перший існує 0,3 мільярдних трильйонної частки секунди, і за цей час з ним нічого не встигає статися навіть в надрах зірок. Природі доводиться використовувати другий ізотоп. Ядра берилію-8 живуть приблизно в 300 тисяч разів довше, і деякі з них за цей час встигають злитися ще c одним ядром гелію, утворюючи вуглець-12.
У цьому їм допомагає одне дивовижне явище. Ядро вуглецю – 12 володіє збудженим резонансним станом, енергія якого з хорошою точністю збігається з енергією продукту злиття берилію-8 з гелієм-4. Наявність такого “зручного” стану різко підвищує швидкість реакції. Резонанс вуглецю-12, названий резонансом Гойла — на честь фізика, який передбачив його, — вважають одним з аргументів на користь антропного принципу. Якби він не існував або його енергія відрізнялася всього на десяток відсотків, у Всесвіті не було б вуглецю, а разом з ним і спостерігачів — нас з вами.
У недавньому дослідженні Фред Адамс з Університету Мічигану (США) провів пошук альтернативних шляхів синтезу вуглецю у Всесвіті і виявив, що один з них все-таки має шанси на існування.
За відсутності резонансу Гойла гелієві ядра вступали б в реакцію при куди більш високих температурах і щільності, ніж в нашому Всесвіті. У надрах масивних зірок гелій не здатний накопичуватися “вічно”. При наближенні маси інертного зоряного ядра до межі Чандрасекара щільність речовини зростає необмежено, і неминуче настає момент, коли навіть чотири альфа-частинки можуть стикатися одночасно, утворюючи ядро кисню-16.
Подальший за формуванням кисневого ядра синтез ще більш важких елементів йшов би як зазвичай, і всесвіт без резонансу Гойла відрізнявся б від нашого лише підвищеним вмістом кисню і відсутністю вуглецю.
Нове дослідження показує, що це було б не зовсім так: вуглець може утворюватися з кисню в протопланетних дисках під дією космічних променів. Їх потужним джерелом служить обертання внутрішнього протопланетного диска в магнітному полі протозірки, яке викликає постійне перез’єднання силових ліній магнітного поля.
Як і в сонячних спалахах, перез’єднання ліній розганяє заряджені частинки, але світність протопланетного диска в космічних променях набагато вище, ніж у «зрілих» зірок, і може досягати однієї десятитисячної світності Сонця. Поглинаючись в товщі самого диска, космічні промені розбивають ядра кисню і перетворюють деяку його частку в вуглець (схожим чином сонячні космічні промені генерують радіовуглець в атмосфері Землі).
Цей процес ефективний тільки на внутрішньому краю протопланетного диска, на відстані не більше 0,1 астрономічної одиниці від протозірки сонячної маси. Але, за розрахунками автора дослідження, в оптимальних умовах він здатний перетворити до одного відсотка кисню, що знаходиться там у вуглець. І оскільки у внутрішній частині протопланетних дисків кисень міститься в силікатах, весь синтезований вуглець відразу виявляється в складі гірських порід і планет, що утворюються з них (а не літає навколо у вигляді метану або чадного газу).
Одного відсотка цілком достатньо: у складі населеної Землі, якщо включати силікати мантії, кисню в тисячі разів більше, ніж вуглецю.
Таким чином, один рецепт для населеної планети у Всесвіті без резонансу Гойла знайдений. Це внутрішня скеляста планета в системі маломасивної зірки, де температура на відстані 0,1 астрономічної одиниці від зірки порівнянна зі земною.
Тут слід згадати, що на користь антропного принципу є й інші аргументи, а відсутність резонансу Гойла все-таки вельми ускладнює виникнення життя на планетах. Але воно не помножує ці шанси на нуль, як вважалося раніше. Якщо ж в передбачуваній Всесвіту без резонансу Гойла, як і в нашій, є трильйон трильйонів зірок, навіть дуже малого шансу може вистачити, щоб розумні спостерігачі з’явилися і там.