Nukleosinteza
Vodik je daleko najzastupljeniji atom u svemiru i on čini 99 % svih atoma, odnosno oko 95 % ukupne mase. Ostatak je uglavnom helij, a ostali su elementi zastupljeni u tragovima.
Kao što vidimo, svemir se uglavnom sastoji od vodika i helija. Svi ostali elementi su toliko rijetki da su na ovom prikazu potpuno nevidljivi. Na temelju toga bi se reklo da je svemir jako dosadan – skoro da je besmisleno govoriti o bilo kakvoj kemiji!
Srećom po kemičare, situacija na Zemlji je poprilično drugačija, rekli bismo da je Zemlja (a s njom i ostali planeti) poprilično netipičan kutak svemira.
Pogledajmo sad kako izgleda logaritamski dijagram svih elemenata u svemiru:
Vidimo da je trend uglavnom opadajući u odnosu na atomski broj, tj. što je atom teži to ga ima manje u svemiru. Zašto je to tako?
Sjetimo se da je svemir nastao Velikim praskom. Oko 0,0001 s nakon tog događaja, temperatura svemira je bila oko 1013 K, završilo je stvaranje protona, elektrona i neutrona. Hlađenjem do 109 K, tj. do starosti svemira 100 s, uglavnom je završila fuzija protona i deuterona u helij, rezultat čega je uglavnom situacija kakvu imamo danas. Da bi nastali prvi atomi, svemir se morao ohladiti do oko 3000 K, što je bilo 380 000 godina nakon Velikog praska.
Prve zvijezde su nastale kad je svemir bio star 100-200 milijuna godina. Tim događajem započinje i značajnija nukleosinteza elemenata težih od vodika i helija. U zvijezdama se i dalje uglavnom događa fuzija vodika i deuterija u helij, ali zastupljene su i druge nuklearne fuzijske reakcije, kojima nastaju drugi elementi.
Važno je pritom istaknuti da je fuzija energijski povoljan proces, tj. egzotermna je, do nastajanja nuklida [latex]^{56}_{26}Fe[/latex]. Nakon toga se fuzija u normalnim uvjetima ne odvija, jer postaje endotermna, tako da za nastanak elemenata veće atomske mase od željeza treba dovesti energiju.
Postojanje elemenata iza željeza zahvaljujemo isključivo vrlo nasilnim događajima, kao što su eksplozije nova i supernova. To se događa kad zvijezda potroši svoje fuzijsko "gorivo" i pa zbog toga izađe iz ravnotežnog stanja. Nakon faze crvenog diva, kad se dovoljno ohladi, gravitacijska sila u jednom trenutku prevlada i zvijezda se naglo sažima prema svom središtu. Taj proces dovodi do velikog porasta temperature. Kad dosegne neku kritičnu vrijednost, dovoljnu za prevladavanje energijske barijere fuzije, pokreću se nuklearne reakcije, koje dodatno zagrijavaju sustav, što pokreće vrlo brzu lančanu fuziju, pri čemu nastaju jezgre teže od željeza, a zvijezda u tom trenutku eksplodira u jednoj od najžešćih eksplozija u svemiru, u eksploziji supernove.
"Pepeo" koji nastaje tom eksplozijom su jezgre svih mogućih elemenata, koje se raspršuju svemirskim prostranstvima, a neke od njih su završile i na našem planetu.
Uglavnom, nukleosinteza nam govori da sva tvar od koje se svatko od nas sastoji, potječe iz svemirskih prostranstava, tako da je tvrdnja da smo svi mi sačinjeni od zvjezdane tvari zapravo potpuno istinita.
Vidimo da je trend uglavnom opadajući u odnosu na atomski broj.
Što je atom teži to ga ima manje u svemiru.
Zašto je to tako?
Sjetimo se da je svemir nastao Velikim praskom.
Oko 0,0001 s nakon tog događaja završilo je stvaranje protona, elektrona i neutrona.
Temperatura svemira je bila oko 1013 K.
Hlađenjem do 109 K, tj. do starosti svemira 100 s, uglavnom je završila fuzija protona i deuterona u helij,
Rezultat toga je uglavnom situacija kakvu imamo danas.
Da bi nastali prvi atomi, svemir se morao ohladiti do oko 3000 K,
što je bilo 380 000 godina nakon Velikog praska.
Prve zvijezde su nastale kad je svemir bio star 100-200 milijuna godina.
Tim događajem započinje i značajnija nukleosinteza elemenata težih od vodika i helija.
U zvijezdama se i dalje uglavnom događa fuzija vodika i deuterija u helij.
Zastupljene su i druge nuklearne fuzijske reakcije, kojima nastaju drugi elementi.
Važno je pritom istaknuti da je fuzija energijski povoljan proces.
Egzotermna je, do nastajanja nuklida [latex]^{56}_{26}Fe[/latex].
Nakon toga se fuzija u normalnim uvjetima ne odvija, jer postaje endotermna.
Za nastanak elemenata veće atomske mase od željeza treba dovesti energiju.
Postojanje elemenata iza željeza zahvaljujemo isključivo vrlo nasilnim događajima,
kao što su eksplozije nova i supernova.
To se događa kad zvijezda potroši svoje fuzijsko "gorivo".
Zbog toga izađe iz ravnotežnog stanja.
Nakon faze crvenog diva, kad se dovoljno ohladi, gravitacijska sila u jednom trenutku prevlada.
Zvijezda se naglo sažima prema svom središtu.
Taj proces dovodi do velikog porasta temperature.
Kad dosegne neku kritičnu vrijednost,
dovoljnu za prevladavanje energijske barijere fuzije, pokreću se nuklearne reakcije.
Te reakcije dodatno zagrijavaju sustav,
što pokreće vrlo brzu lančanu fuziju.
Pri brzojlančanoj fuziji nastaju jezgre teže od željeza.
Zvijezda u tom trenutku eksplodira u jednoj od najžešćih eksplozija u svemiru, u eksploziji supernove.
"Pepeo" koji nastaje tom eksplozijom su jezgre svih mogućih elemenata.
Raspršuju se svemirskim prostranstvima.
Neke od tih jezgara su završile i na našem planetu.
Nukleosinteza nam govori da sva tvar
od koje se svatko od nas sastoji potječe iz svemirskih prostranstava.
Tako da je tvrdnja da smo svi mi sačinjeni od zvjezdane tvari zapravo potpuno istinita.