DOE vysvětluje…Nukleosyntéza

Nukleosyntéza je vytváření nových atomových jader, center atomů, která jsou tvořena protony a neutrony. K nukleosyntéze poprvé došlo během několika minut po velkém třesku. Tehdy kvark-gluonové plazma, polévka částic známých jako kvarky a gluony, zkondenzovalo na protony a neutrony. Po mírném ochlazení vesmíru se neutrony sloučily s protony a vytvořily jádra deuteria, izotopu vodíku. Jádra deuteria se pak spojila a vzniklo helium. Dalšími reakcemi mezi protony, neutrony a různými izotopy helia vzniklo lithium. Vodík a helium vzniklé během této fáze vesmíru nakonec vytvořily první masivní hvězdy ve vesmíru.

Od té doby vznikla jadernými reakcemi při životě a zániku hvězd většina dalších jader ve vesmíru. Hvězdy mohou vytvářet jádra dvěma procesy: buď spojením dvou menších jader (tzv. fúze), nebo rozbitím většího jádra na více jader (tzv. štěpení). Oběma způsoby vznikají nové atomy.

Těmito procesy vznikaly v minulosti také prvky periodické tabulky, které známe dnes. Hvězdy různých typů produkují jádra různých prvků, což časem vedlo ke vzniku řady přírodních prvků. První hvězdy ve vesmíru byly hmotné, často více než desetkrát větší než naše Slunce. Měly také mnohem kratší životnost než hvězdy, které existovaly v nedávné době. Během svého života spalovaly vodík a vytvářely prvky až po železo v periodické tabulce. Když zanikly, vyvrhly jádra těchto prvků při výbuchu, který se nazývá kolaps jádra supernovy. Po supernovách mohou zůstat neutronové hvězdy. Při splynutí neutronových hvězd vznikají nová jádra, včetně prvků těžších než železo. Jiné hvězdy se při svém zániku stávají bílými trpaslíky. Tito bílí trpaslíci mohou později také splynout a syntetizovat jádra prvků.

DOE Office of Science: Příspěvky k nukleosyntéze

Úřad jaderné fyziky v rámci Úřadu pro vědu DOE podporuje výzkum v oblasti jaderné astrofyziky – fyziky potřebné k pochopení reakcí, při nichž vznikají prvky. Na studium jaderné astrofyziky se specializují dvě univerzitní centra excelence DOE, Cyclotron Institute na Texaské A&M univerzitě a Triangle Universities Nuclear Laboratory. DOE také financuje teorii a modelování velkého třesku, hvězd, supernov a splynutí neutronových hvězd, což jsou všechno zdroje prvků. V uživatelském zařízení Argonne Tandem Linac Accelerator System (ATLAS) Úřadu pro vědu DOE se nachází nejvýkonnější spektrometr na světě pro výzkum jaderné struktury. Úřad pro jadernou fyziku nyní podporuje výstavbu zařízení pro vzácné izotopové svazky na Michiganské státní univerzitě. Tento urychlovač bude produkovat krátkodobá a dosud nikdy neviděná jádra bohatá na neutrony, která hrají roli při výrobě nejtěžších prvků.

Fakta o nukleosyntéze

• Vědci se domnívají, že nejtěžší přirozeně se vyskytující prvky, včetně uranu, vznikají v prudkých prostředích bohatých na neutrony, jako je splynutí dvou neutronových hvězd nebo supernovy. Za těchto podmínek získávají neutrony jádra rychleji, než se mohou rozpadat.
• Skládáme se převážně z hmoty vzniklé nukleosyntézou ve hvězdách, které mezitím zanikly, což vedlo kosmologa Carla Sagana ke slavnému výroku, že jsme stvořeni z „hvězdného materiálu“.“

Zdroje a související pojmy

• Jaderná astrofyzika na Texaské A&M univerzitě
• Jaderná astrofyzika v Triangle Universities Nuclear Laboratory
• Zařízení pro vzácné izotopové svazky na Michiganské státní univerzitě
• Poznání kosmu z miniaturních částic

.