Uhlíkový cyklus

Schéma priebehu CNO cyklu

Uhlíkový cyklus, uhlíkovo-dusíkovo-kyslíkový cyklus, CNO cyklus alebo Betheho-Weizsäckerov cyklus je cyklus jadrových reakcií, pri ktorých sa za účasti uhlíka C, dusíka N a kyslíka O premenia v konečnom dôsledku jadrá vodíka H na jadrá hélia He. Uhlíkový cyklus je základným zdrojom žiarivej energie hviezd s hmotnosťou presahujúcou hmotnosť Slnka. Prebieha postupne nasledujúcimi čiast­kovými reakciami (v zátvorke množstvo energie uvoľne­nej pri jednotlivých reakciách):

${^{12}C}+{^{1}H}\rightarrow {^{13}N}+\gamma$ ..... (+1,94 MeV) ${^{13}N}\rightarrow {^{13}C}+e^{+}+{\nu }_{e}$ ..... (+2,22 MeV) ${^{13}C}+{^{1}H}\rightarrow {^{14}N}+\gamma$ ..... (+7,55 MeV) ${^{14}N}+{^{1}H}\rightarrow {^{15}O}+\gamma$ ..... (+7,30 MeV) ${^{15}O}\rightarrow {^{15}N}+e^{+}+{\nu }_{e}$ ..... (+2,76 MeV) ${^{15}N}+{^{1}H}\rightarrow {^{12}C}+{^{4}He}$ .. (+4,97 MeV)

Celkové množstvo energie, ktoré sa uvoľní pri vzniku jedného jadra hélia vo forme γ žiarenia je 26,74 MeV (4,284.10^-12 J), zvyšok energie sa uvoľní vo forme neutrín ν_e. Cyklus sa uplatňuje v centrálnych oblastiach hviezd pri teplotách 16-50 mil. K. Okrem uvedených reakcií sa môžu zachytiť i ďalšie jadrá vodíka, čím sa uhlíkový cyklus premení na dvojitý uhlíkový cyklus:

${^{15}N}+{^{1}H}\rightarrow {^{16}O}+\gamma$ ..... (+12,13 MeV) ${^{16}O}+{^{1}H}\rightarrow {^{17}F}+\gamma$ ..... (+0,60 MeV) ${^{17}F}\rightarrow {^{17}O}+e^{+}+{\nu }_{e}$ ..... (+2,76 MeV) ${^{17}O}+{^{1}H}\rightarrow {^{14}N}+{^{4}He}$ .. (+1,19 MeV)

Je možné, že väčšina dusíka ¹⁴N pozorovaného v prírode sa utvorila uhlíkovým cyklom.

Fine-tuned universe

Je zaraďovaný medzi desať najväčších nevyriešených problémov fyziky. Vychádza z pozorovania, že náš vesmír má tak nastavené rôzne univerzálne fyzikálne podmienky, že umožňujú vznik štruktúr hmoty existenciu zložitého života v ňom. Navyše tieto ležia vo veľmi úzko vymedzenom pásme z množstva možností, a ak by sa zmenili len o zanedbateľné zlomky percent, tak by vesmír neumožnil vznik a vývoj hmoty, astronomických štruktúr a života, ako ich dnes chápeme. Profesor Martin Rees uvádza 6 nezávislých konštánt, ktorých drobnú zmenu považuje za ničivú pre náš život, medzi nimi aj nastavenie sily elektromagnetickej interakcie. Podobne skúmanie produkcie uhlíka a kyslíka vo vesmíre prinieslo jeden z prvých impulzov pre hypotézu Fine-tuned universe. Produkcia uhlíka a kyslíka (základných prvkov potrebných pre komplexný život) je totiž úzko spojená s nastavením základných fyzikálnych konštátnt. Prebiehajúci výskum tejto problematiky priniesol jedno z najvýznamnejších potvrdení jemného vyladenia vesmíru v poslednej dobe. Podarilo sa dokázať, že aj nepatrná zmena hmotnosti ľahkých kvarkov a veľkosti elektromagnetickej interakcie by zmenila energiu Hoyleovho stavu uhlíka. Hviezdy by tak neboli schopné vyprodukovať potrebné množstvá uhlíka a kyslíka pre komplexný život. Podobne je to s mnohými inými fyzikálnymi konštantami. Produkcia uhlíka a kyslíka (základných prvkov potrebných pre komplexný život) je totiž úzko spojená s nastavením silnej interakcie. Zmena tejto sily o cca 0,4% znemožní súčasnú produkciu týchto dvoch prvkov a tým by sa vyradil absolútne prevládajúci mechanizmus ich tvorby vo vesmíre. Veľkú pozornosť vzbudila Hoylova úspešná predpoveď excitačnej energie jadier uhlíka. Všimol si, že dovtedy používaná reakcia, keď 3 jadrá hélia spolu naraz vytvoria jadro uhlíka je veľmi málo pravdepodobná a bez dostatočného množstva uhlíka vo vesmíre, nie je možné vytvoriť život podobný nášmu. Navrhol preto postupné spájanie jadier hélia. Toto však mohlo fungovať, len ak excitačný stav atómu uhlíka bol cca 7,7 MeV. Následný experiment tento dovtedy neznámy fenomén potvrdil. Zároveň však takýto excitačný stav neexistuje u kyslíka. Keby to tak bolo, uhlík by sa veľmi ľahko premieňal na kyslík a opäť by ho nebolo dosť. Existencia takéhoto nastavenia vlastností uhlíka a kyslíka je považovaná za silný argument v prospech hypotézy Fine-tuned universe. Prebiehajúci výskum tejto problematiky priniesol jedno z najvýznamnejších potvrdení jemného vyladenia vesmíru v poslednej dobe. Podarilo sa dokázať, že aj nepatrná zmena hmotnosti ľahkých kvarkov a veľkosti elektromagnetickej interakcie by zmenila energiu Hoyleovho stavu uhlíka. Hviezdy by tak neboli schopné vyprodukovať potrebné množstvá uhlíka a kyslíka pre komplexný život.,

Pozri aj

• Protón-protónový cyklus

Referencie

Biologický portál Astronomický portál Hviezdny portál

Tento článok alebo jeho časť obsahuje heslo z Encyklopédie astronómie s láskavým dovolením autorov a podporou SZA.