Возраст элементов

Оценки возраста элементов тесно связаны с вопросом их происхождения. В настоящее время ведущими являются две теории происхождения элементов.

В первой теории рассматривается взрыв нейтронного ядра (теория «Большого взрыва») и образование всех элементов Вселенной за чрезвычайно малый промежуток времени — около 100 секунд. Несмотря на ряд существенных трудностей, теория находит убедительное подтверждение в астрономических наблюдениях (красное смещение в спектрах звёзд и туманностей), показывающих, что несколько миллиардов лет назад материя была сконцентрирована в ограниченном объёме пространства. Оценка времени взрыва приводит к значению 6 ⋅ 10⁹–7 ⋅ 10⁹ лет, и это время следует рассматривать как возраст элементов.

Другая теория базируется на соображениях о непрерывном образовании элементов в звёздах из водорода за счёт термоядерных реакций и реакций нейтронного захвата. Выбрасывание атомов элементов в межзвёздное пространство происходит непрерывно при взрывах сверхновых звёзд с частотой одна сверхновая за 300 лет. Теория непрерывного синтеза подтверждается, в частности, идентификацией линий радиоактивного короткоживущего элемента — технеция — в спектрах некоторых звёзд. Понятие возраста элементов в этой теории в известной степени неопределённо, и в газово-пылевом облаке, из которого возникли Солнце и планеты, могли присутствовать элементы, образовавшиеся в разное время. По астрофизическим оценкам время около 20 ⋅ 10⁹ лет принимается за начало галактического синтеза элементов.

Оценки возраста элементов возможны на основе изучения распространённости некоторых изотопов на Земле. В частности, можно использовать изменение во времени величины отношения ²³⁸U²³⁵U (в настоящее время оно равно 137). При учёте различной скорости распада изотопов урана и оценке отношения ²³⁸U²³⁵U к концу ядерного синтеза, из ядерно-физических соображений, можно вычислить время окончания синтеза урана — около 5, 5 ⋅ 10⁹ лет. Один из вариантов оценки возраста элементов базируется на измерении ¹²⁹Xe, накопленного за счёт распада исчезнувшего ¹²⁹I (период полураспада T_1/2 = 17 ⋅ 10⁶ лет). Исследуя избыточное содержание ¹²⁹Xe в некоторых объектах, можно вычислить промежуток времени между окончанием ядерного синтеза и образованием планет — около 2 ⋅ 10⁸ лет, что даёт для возраста элементов величину 5 ⋅ 10⁹ + 2 ⋅ 10⁸ = 5, 2 ⋅ 10⁹ лет (Burbidge et al., 1957).