DOE Explains…Nucleosynthesis

A nukleoszintézis az új atommagok, az atomok protonokból és neutronokból álló középpontjainak létrehozása. A nukleoszintézis először az ősrobbanás után néhány perccel következett be. Ekkor egy kvark-gluon plazma, a kvarkok és gluonok nevű részecskékből álló leves, protonokká és neutronokká sűrűsödött. Miután a világegyetem kissé lehűlt, a neutronok protonokkal fuzionáltak, és a hidrogén egyik izotópjának, a deutériumnak az atommagjait alkották. A deutérium atommagok ezután héliummá egyesültek. A protonok, neutronok és a hélium különböző izotópjai közötti további reakciók során lítium keletkezett. A világegyetemnek ebben a szakaszában keletkezett hidrogén és hélium hozta létre végül a világegyetem első nagy tömegű csillagait.

A csillagok életében és halálában lejátszódó magreakciók azóta a világegyetem legtöbb más atommagját is létrehozták. A csillagok kétféle folyamat révén hozhatnak létre atommagokat: vagy két kisebb atommag egyesülésével (ezt nevezzük fúziónak), vagy egy nagyobb atommag több atommagra bontásával (ezt nevezzük hasadásnak). Mindkét módon új atomok keletkeznek.

A múltban ezek a folyamatok hozták létre a periódusos rendszer ma ismert elemeit is. A különböző típusú csillagok különböző elemek atommagjait hozták létre, ami idővel a természetes elemek sorához vezetett. A világegyetem első csillagai nagy tömegűek voltak, gyakran több mint tízszer akkorák, mint a mi Napunk. Sokkal rövidebb volt az élettartamuk, mint a közelmúltban létező csillagoknak. Életük során hidrogént égettek el, és a periódusos rendszerben a vasig terjedő elemeket hoztak létre. Amikor elpusztultak, ezekből az elemekből álló atommagokat dobtak ki egyfajta robbanás során, amelyet magösszeomlásos szupernóvának neveznek. A szupernóvák neutroncsillagokat hagyhatnak maguk után. A neutroncsillagok összeolvadásakor új atommagok keletkeznek, köztük a vasnál nehezebb elemek. Más csillagok pusztulásuk során fehér törpékké válnak. Ezek a fehér törpék később szintén összeolvadhatnak és szintetizálhatják az elemek atommagjait.

DOE Office of Science: A DOE Tudományos Hivatalának Nukleáris Fizikai Hivatala támogatja a nukleáris asztrofizikai kutatásokat – az elemek keletkezését előidéző reakciók megértéséhez szükséges fizikát. A DOE két egyetemi székhelyű kiválósági központja, a texasi A&M Egyetem Ciklotron Intézete és a Triangle Universities Nuclear Laboratory a nukleáris asztrofizika tanulmányozására szakosodott. A DOE finanszírozza továbbá az ősrobbanás, a csillagok, a szupernóvák és a neutroncsillagok összeolvadásának elméletét és modellezését, amelyek mind az elemek forrásai. A DOE Tudományos Hivatalának Argonne Tandem Linac Accelerator System (ATLAS) felhasználói létesítményében található a világ legerősebb spektrométere a nukleáris szerkezet kutatásához. A Nukleáris Fizikai Hivatal most támogatja a Ritka Izotóp Sugárzó Létesítmény építését a Michigani Állami Egyetemen. Ez a gyorsító rövid élettartamú és eddig soha nem látott neutronokban gazdag atommagokat fog előállítani, amelyek szerepet játszanak a legnehezebb elemek keletkezésében.

Tények a nukleoszintézisről

• A tudósok úgy vélik, hogy a legnehezebb természetesen előforduló elemek, köztük az urán, heves, neutronokban gazdag környezetben, például két neutroncsillag összeolvadásakor vagy szupernóvákban keletkeznek. Ilyen körülmények között a neutronok gyorsabban nyernek magot, mint ahogyan bomlani tudnának.
• Mi többnyire az azóta elpusztult csillagokban nukleoszintézis révén létrejött anyagból állunk, ami Carl Sagan kozmológus híres kijelentéséhez vezetett, miszerint “csillaganyagból” vagyunk.”

Források és kapcsolódó kifejezések

• Nukleáris asztrofizika a Texas A&M University-n
• Nukleáris asztrofizika a Triangle Universities Nuclear Laboratory-n
• Facility for Rare Isotope Beams at Michigan State University
• Cosmic Understanding from Miniscule Particles

.