DOE Explains…Nucleosynthesis

核合成とは、陽子と中性子から成る原子の中心である原子核を新たに作り出すことです。 核合成は、ビッグバンから数分以内に初めて起こりました。 このとき、クォークとグルーオンという粒子のスープであるクォーク・グルーオン・プラズマが凝縮され、陽子と中性子が誕生した。 宇宙が少し冷えた後、中性子は陽子と融合して水素の同位体である重水素の原子核を作った。 そして、重水素の原子核は結合してヘリウムになった。 さらに陽子、中性子、ヘリウムの異なる同位体との反応により、リチウムが生成された。 それ以来、星の生と死における核反応によって、宇宙に存在する他のほとんどの原子核が形成されてきたのです。 星は、2つの小さな原子核を組み合わせる（核融合と呼ぶ）か、大きな原子核を複数の原子核に分解する（核分裂と呼ぶ）かの2つのプロセスで原子核を作ることができます。 どちらの方法でも、新しい原子が生まれます。 さまざまな種類の星が、さまざまな元素の原子核を作り出し、やがてさまざまな天然元素を生み出すようになりました。 宇宙最初の星は、太陽の10倍以上の大きさがありました。 また、寿命も最近の星に比べてはるかに短かった。 そのため、星は水素を燃やし、周期律表でいうところの鉄までの元素を作り出した。 そして、その元素の原子核を放出するのが、「コアコンパルススーパーノバ」と呼ばれる爆発現象です。 超新星は中性子星を残すことがあります。 中性子星は合体すると、鉄より重い元素を含む新しい原子核を生成する。 また、白色矮星になる星もあります。 これらの白色矮星も、後に合体して元素の核を合成する可能性があります。 DOE Office of Science: Nucleosynthesis Contributions

DOEのOffice of Nuclear Physicsは、核天体物理学（元素を生成する反応を理解するために必要な物理学）の研究を支援しています。 テキサス A&M 大学のサイクロトロン研究所とトライアングル大学核研究所の 2 つの大学ベースの DOE Center of Excellence は、核天体物理学の研究を専門としています。 DOEはまた、ビッグバン、星、超新星、中性子星の合体の理論とモデリングにも資金を提供しており、これらはすべて元素の供給源となっています。 DOE 科学局のアルゴンヌ・タンデム・リニアック加速器システム（ATLAS）ユーザー施設には、原子核構造研究のための世界で最も強力な分光計が設置されています。 現在、核物理局はミシガン州立大学の希少同位体ビーム施設（Facility for Rare Isotope Beams）の建設を支援しています。 この加速器は、最も重い元素の生成に関与する、短寿命で今までに見たことのない中性子過剰核を生成します。

核合成の事実

• 科学者は、ウランなどの最も重い自然発生元素は、2つの中性子星の合体や超新星のように中性子の多い激しい環境下で生成されると考えています。 このような条件下では、中性子は崩壊するよりも早く原子核を獲得します。
• 私たちは、ほとんどが死んでしまった星の中で核合成によって作られた物質で構成されており、宇宙学者のカール・セーガンが私たちは「星の原料」でできているという有名な言葉を残しています。”

Resources and Related Terms

• 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 Miniscul Particles