Нуклеосинтез — это создание новых атомных ядер, центров атомов, состоящих из протонов и нейтронов. Впервые нуклеосинтез произошел через несколько минут после Большого взрыва. В то время кварк-глюонная плазма, суп из частиц, известных как кварки и глюоны, конденсировалась в протоны и нейтроны. После того, как Вселенная немного остыла, нейтроны слились с протонами, образуя ядра дейтерия, изотопа водорода. Затем ядра дейтерия объединились в гелий. Дальнейшие реакции между протонами, нейтронами и различными изотопами гелия привели к образованию лития. Водород и гелий, образовавшиеся в этой фазе развития Вселенной, в конечном итоге создали первые массивные звезды во Вселенной.
С тех пор ядерные реакции в жизни и смерти звезд сформировали большинство других ядер во Вселенной. Звезды могут создавать ядра с помощью двух процессов: либо путем объединения двух ядер меньшего размера (так называемый синтез), либо путем разделения большего ядра на несколько ядер (так называемое деление). Оба пути приводят к появлению новых атомов.
В прошлом эти процессы также производили элементы Периодической таблицы, которые мы знаем сегодня. Звезды разных типов производят ядра из разных элементов, что со временем приводит к появлению целого ряда природных элементов. Первые звезды Вселенной были массивными, часто более чем в 10 раз превышающими размер нашего Солнца. У них также была гораздо более короткая жизнь, чем у звезд, существовавших совсем недавно. Пока они жили, они сжигали водород и производили элементы Периодической таблицы вплоть до железа. Когда они умерли, они выбросили ядра этих элементов в результате взрыва, называемого сверхновой с коллапсом ядра. Сверхновые могут оставлять после себя нейтронные звезды. Когда нейтронные звезды сливаются, они производят новые ядра, в том числе элементы тяжелее железа. Другие звезды после смерти становятся белыми карликами. Эти белые карлики могут позже сливаться и синтезировать ядра элементов.
Интересные факты о нуклеосинтезе
-
Ученые считают, что самые тяжелые природные элементы, в том числе уран, образуются в агрессивных средах, богатых нейтронами, таких как слияние двух нейтронных звезд или сверхновых. В этих условиях нейтроны набирают ядра быстрее, чем распадаются.
-
Мы состоим в основном из материи, созданной в результате нуклеосинтеза в звездах, которые с тех пор умерли, что привело к знаменитому заявлению космолога Карла Сагана о том, что мы сделаны из "звездного вещества".
