DOE forklarer…Nukleosyntese

Nukleosyntese er dannelsen af nye atomkerner, som er atomernes centre, der består af protoner og neutroner. Nukleosyntese opstod først inden for få minutter efter Big Bang. På det tidspunkt kondenserede et quark-gluon-plasma, en suppe af partikler kendt som kvarker og gluoner, til protoner og neutroner. Efter at universet var kølet lidt af, fusionerede neutronerne med protonerne for at danne kerner af deuterium, en isotop af brint. Deuteriumkerner blev derefter kombineret for at danne helium. Yderligere reaktioner mellem protoner, neutroner og forskellige isotoper af helium producerede lithium. Den brint og helium, der blev produceret i denne fase af universet, skabte til sidst universets første massive stjerner.

Siden da har kernereaktionerne i stjernernes liv og død dannet de fleste andre atomkerner i universet. Stjerner kan skabe kerner gennem to processer: enten ved at kombinere to mindre kerner (kaldet fusion) eller ved at splitte en større kerne i flere kerner (kaldet fission). Begge måder resulterer i nye atomer.

Disse processer har tidligere også frembragt de grundstoffer i det periodiske system, som vi kender i dag. Stjerner af forskellige typer producerer kerner af forskellige grundstoffer, hvilket med tiden har ført til rækken af naturlige grundstoffer. Universets første stjerner var massive, ofte mere end 10 gange så store som vores Sol. De havde også en langt kortere levetid end de stjerner, der eksisterede for nyere tid siden. Mens de levede, forbrændte de brint og producerede grundstofferne op til jern i det periodiske system. Da de døde, kastede de kerner af disse grundstoffer ud i en type eksplosion, der kaldes en kerne-kollaps-supernova. Supernovaer kan efterlade neutronstjerner. Når neutronstjerner smelter sammen, producerer de nye atomkerner, herunder grundstoffer, der er tungere end jern. Andre stjerner bliver til hvide dværge, når de dør. Disse hvide dværge kan også senere fusionere og syntetisere kerner af grundstoffer.

DOE Office of Science: Office of Nucleosynthesis Contributions

The Office of Nuclear Physics i DOE Office of Science støtter forskning i nuklear astrofysik – den fysik, der er nødvendig for at forstå de reaktioner, der producerer grundstofferne. To universitetsbaserede DOE Centers of Excellence, Cyclotron Institute at Texas A&M University og Triangle Universities Nuclear Laboratory, er specialiseret i studiet af nuklear astrofysik. DOE finansierer også teori og modellering af Big Bang, stjerner, supernovaer og neutronstjernefusioner, som alle er kilder til grundstoffer. DOE’s Office of Science’s Argonne Tandem Linac Accelerator System (ATLAS) er hjemsted for verdens mest kraftfulde spektrometer til forskning i nuklear struktur. I fremtiden støtter kontoret for kernefysik nu opførelsen af faciliteten for sjældne isotopstråler ved Michigan State University. Denne accelerator vil producere kortlivede og aldrig tidligere sete neutronrige kerner, der spiller en rolle i produktionen af de tungeste grundstoffer.

Fakta om nukleosyntese

• Forskerne mener, at de tungeste naturligt forekommende grundstoffer, herunder uran, produceres i voldsomme neutronrige miljøer som f.eks. fusionen af to neutronstjerner eller supernovaer. Under disse forhold får neutroner kerner hurtigere, end de kan henfalde.
• Vi består for det meste af stof, der er skabt gennem nukleosyntese i stjerner, der siden er døde, hvilket har ført til kosmologen Carl Sagans berømte udtalelse om, at vi er lavet af “stjernestof”.”

Ressourcer og relaterede termer

• Nuclear Astrophysics at Texas A&M University
• Nuclear Astrophysics at Triangle Universities Nuclear Laboratory
• Facility for Rare Isotope Beams at Michigan State University
• Cosmic Understanding from Miniscule Particles