Войти
Статья BFH была знаковой научной статьей О происхождении химических элементов. Статья называется «Синтез элементов в звездах», но она стала известна как BFH по инициалам авторов: Маргарет Бербидж, Джеффри Бербидж, Уильям А. Фаулер и Фред Хойл. Он был написан в 1955–56 годах в Кембриджском университете и Калтехе, а затем опубликован в Reviews of Modern Physics в 1957 году.
В статье BFH дан обзор теории звездного нуклеосинтеза и ее подтверждение астрономическими и лабораторными данными. Он идентифицировал процессы нуклеосинтеза, которые ответственны за производство элементов тяжелее железа, и объяснил их относительное содержание. Статья стала очень влиятельной как в астрономии, так и в ядерной физике.
До публикации статьи BFH Джордж Гамов выступал за теорию Вселенной, в которой почти все химические элементы или, что эквивалентно атомные ядра, были синтезированы во время Большого взрыва. Теория Гамова (которая отличается от современной теории нуклеосинтеза большого взрыва ) предполагает, что содержание химических элементов останется в основном неизменным с течением времени. Ганс Бете и Чарльз Л. Кричфилд показали, что преобразование водорода в гелий с помощью ядерного синтеза может обеспечивают энергию, необходимую для питания звезд, получая протонную цепочку (pp-цепь) в 1938 году. Карл фон Вайцзекер и Ганс Бете независимо друг от друга получили Цикл CNO в 1938 и 1939 годах соответственно. Таким образом, Гамов и другие знали, что содержания водорода и гелия не были идеально статичными. По их мнению, в результате синтеза в звездах будет образовываться небольшое количество гелия, лишь немного увеличивая его содержание в результате Большого взрыва. Эта звездная ядерная энергия не требовала существенного звездного нуклеосинтеза. Элементы от углерода и выше оставались загадкой.
Фред Хойл предложил гипотезу происхождения тяжелых элементов. Начиная с работы в 1946 году и расширенной в 1954 году, Хойл предположил, что все атомные ядра тяжелее лития были синтезированы в звездах. Обе теории согласились с тем, что некоторые легкие ядра (водород, гелий и небольшое количество лития) не образуются в звездах, что стало общепринятой теорией нуклеосинтеза H, He и Li.
Статья BFH якобы была обзорной статьей, суммирующей последние достижения в теории звездного нуклеосинтеза. Однако он вышел за рамки простого обзора работы Хойла, включив в него результаты наблюдений за содержанием элементов, опубликованные Бербиджесами, и лабораторные эксперименты Фаулера по ядерным реакциям. Результатом стал синтез теории и наблюдений, который предоставил убедительные доказательства гипотезы Хойла.
Теория предсказывала, что содержание элементов будет изменяться в течение космологического времени, идея, которая подтверждается астрономической спектроскопией. Каждый элемент имеет характерный набор спектральных линий, поэтому звездная спектроскопия может использоваться для определения состава атмосферы отдельных звезд. Наблюдения указывают на сильную отрицательную корреляцию между начальным содержанием тяжелых элементов в звезде (известное как металличность ) и ее возрастом. Звезды, образовавшиеся позднее, имеют более высокую металличность.
Ранняя Вселенная состояла только из легких элементов, образовавшихся во время нуклеосинтеза Большого взрыва. Звездная структура и диаграмма Герцшпрунга – Рассела показывают, что продолжительность жизни звезды в значительной степени зависит от ее начальной массы, причем самые массивные звезды очень недолговечны, а меньше массивные звезды долговечны. В документе BFH утверждается, что, когда звезда умирает, она обогащает межзвездную среду «тяжелыми элементами» (в данном случае всеми элементами тяжелее лития), из которых образуются новые звезды.
В статье BFH описаны ключевые аспекты ядерной физики и астрофизики, связанные с тем, как звезды производят эти тяжелые элементы. Изучив таблицу нуклидов, авторы определили различные звездные окружения, которые могут создавать наблюдаемые паттерны изотопного состава, и ядерные процессы, которые должны быть за них ответственны. Авторы обращаются к процессам ядерной физики, теперь известным как p-процесс, r-процесс и s-процесс, чтобы учесть элементы тяжелее железо. Содержание этих тяжелых элементов и их изотопов примерно в 100000 раз меньше, чем содержание основных элементов, что подтверждает гипотезу Хойла 1954 года о ядерном синтезе в горящих оболочках массивных звезд.
BFH всесторонне обрисовал и проанализировал нуклеосинтез. элементов тяжелее железа путем захвата в звездах свободных нейтронов. Он намного меньше продвинул понимание синтеза очень распространенных элементов от кремния до никеля. В статью не включены процесс сжигания углерода, процесс сжигания кислорода и процесс сжигания кремния, каждый из которых вносит вклад в элементы из магния. к никелю. Хойл уже предположил, что нуклеосинтез сверхновой может быть ответственным за это в своей статье 1954 года. Дональд Д. Клейтон приписал меньшее количество цитат статье Хойла 1954 года. по сравнению с BFH как комбинация факторов: сложность усвоения статьи Хойла 1954 года даже его соавторами BFH и астрономами в целом; к тому, что Хойл описал свое ключевое уравнение только на словах, а не написал его на видном месте в своей статье; и к неполному обзору проекта BFH.
Физик-ядерщик Калифорнийского технологического института Уильям Альфред Фаулер использовал свой творческий отпуск, чтобы посетить Хойла в Кембридже в 1954–55. Пара пригласила Маргарет Бербидж и Джеффри Бербидж присоединиться к ним в Кембридже, поскольку пара недавно опубликовала обширную работу о звездном изобилии, которая потребуется для проверки гипотезы Хойла. Квартет сотрудничал в нескольких проектах в Кембридже; Фаулер и Хойл начали работу над обзором, который впоследствии стал BFH. Фаулер вернулся в Калифорнийский технологический институт с работой, далеко не завершенной, и призвал Бербиджей присоединиться к нему в Калифорнии. У обоих Бербиджей были временные должности, созданные для них в 1956 году в Калтехе Фаулером для этой цели. Первый полный черновик был завершен Бербиджами в 1956 году в Калифорнийском технологическом институте после добавления обширных астрономических наблюдений и экспериментальных данных в поддержку теории. Маргарет Бербидж, первый автор статьи, выполнила большую часть работы, будучи беременной.
Некоторые предположили, что Фаулер был лидером группы, потому что написание и представление для публикации были сделаны в Калтехе. в 1956 году, но Джеффри Бербидж заявил, что это заблуждение. Фаулер, хотя и был опытным физиком-ядерщиком, в 1955 году все еще изучал теорию Хойла и позже заявил, что Хойл был интеллектуальным лидером. Бербиджи также изучали теорию Хойла в 1954–55 в Кембридже. «В группе не было лидера, - писал Г. Бербидж в 2008 году, - мы все внесли существенный вклад».
BFH привлек внимание ученых к области ядерной энергетики. астрофизика. Проведя обзор теории звездного нуклеосинтеза и поддержав ее данными наблюдений, BFH прочно утвердил эту теорию среди астрономов.
Фаулер был удостоен половины Нобелевской премии по физике 1983 года , что иногда ошибочно утверждается за его вклад в BFH. Нобелевский комитет заявил, что премия была вручена Фаулеру за десятилетия экспериментальной работы по скорости термоядерных реакций в ядрах звезд. Вклад Фаулера в BFH включал ядерную физику s-процесса и r-процесса. Некоторые утверждали, что Фред Хойл заслужил аналогичное признание за теоретические работы по этой теме, и утверждают, что его неортодоксальные взгляды на Большой взрыв помешали ему получить долю Нобелевской премии. Джеффри Бербидж писал в 2008 году: «Хойл должен был быть удостоен Нобелевской премии за эту и другие работы. На основании моей личной переписки я считаю, что главной причиной его исключения было то, что Фаулер считался быть лидером группы ". Бербидж заявил, что это восприятие не соответствует действительности, и указал на более ранние работы Хойла за 1946 и 1954 годы. Бербидж сказал, что «работа Хойла была недооценена отчасти потому, что она была опубликована в астрофизическом журнале, причем в новом (самый первый том фактически), тогда как BFH был опубликован в хорошо известном физическом журнале Reviews of Modern Physics. Когда BFH был впервые написан, препринты были широко распространены среди сообщества ядерной физики. Вилли Фаулер был очень известен как лидер в этом сообществе, а Калифорнийский технологический институт уже имел новостное бюро, которое знало, как распространять информацию ».
В 2007 году в Калифорнийском технологическом институте в Пасадене, Калифорния была проведена конференция, посвященная 50-летию публикации BFH, на которой Джеффри Бербидж представил комментарии о написании BFH.
