DOE Wyjaśnia…Nukleosynteza

Nukleosynteza to tworzenie nowych jąder atomowych, centrów atomów, które składają się z protonów i neutronów. Nukleosynteza wystąpiła po raz pierwszy w ciągu kilku minut od Wielkiego Wybuchu. W tym czasie plazma kwarkowo-gluonowa, zupa cząstek znanych jako kwarki i gluony, skondensowała się w protony i neutrony. Po lekkim ochłodzeniu wszechświata neutrony połączyły się z protonami, tworząc jądra deuteru, izotopu wodoru. Jądra deuteru następnie połączyły się, tworząc hel. Dalsze reakcje pomiędzy protonami, neutronami i różnymi izotopami helu wytworzyły lit. Wodór i hel wyprodukowane podczas tej fazy wszechświata w końcu stworzyły pierwsze masywne gwiazdy we wszechświecie.

Od tego czasu reakcje jądrowe w życiu i śmierci gwiazd utworzyły większość innych jąder we wszechświecie. Gwiazdy mogą tworzyć jądra w dwóch procesach: albo przez połączenie dwóch mniejszych jąder (zwane fuzją), albo przez rozbicie większego jądra na wiele jąder (zwane rozszczepieniem). W wyniku obu tych procesów powstają nowe atomy.

W przeszłości w wyniku tych procesów powstawały również pierwiastki z Układu Okresowego, które znamy obecnie. Gwiazdy różnych typów wytwarzają jądra różnych pierwiastków, co z czasem doprowadziło do powstania szeregu naturalnych pierwiastków. Pierwsze gwiazdy we wszechświecie były masywne, często ponad 10 razy większe od naszego Słońca. Miały one również znacznie krótsze życie niż gwiazdy, które istniały niedawno. Gdy żyły, spalały wodór i produkowały pierwiastki aż do żelaza w układzie okresowym. Kiedy umierały, wyrzucały jądra tych pierwiastków w eksplozji zwanej supernową kolapsową. Supernowe mogą pozostawiać po sobie gwiazdy neutronowe. Kiedy gwiazdy neutronowe łączą się, wytwarzają nowe jądra, w tym pierwiastki cięższe od żelaza. Inne gwiazdy umierając stają się białymi karłami. Te białe karły mogą również później łączyć się i syntetyzować jądra pierwiastków.

DOE Office of Science: Nucleosynthesis Contributions

Biuro Fizyki Jądrowej w Biurze Nauki DOE wspiera badania w dziedzinie astrofizyki jądrowej – fizyki potrzebnej do zrozumienia reakcji, w wyniku których powstają pierwiastki. Dwa uniwersyteckie Centra Doskonałości DOE, Instytut Cyklotronowy na Uniwersytecie Texas A&M oraz Triangle Universities Nuclear Laboratory, specjalizują się w badaniach astrofizyki jądrowej. DOE finansuje również teorię i modelowanie Wielkiego Wybuchu, gwiazd, supernowych i fuzji gwiazd neutronowych, czyli wszystkich źródeł pierwiastków. W należącym do DOE Office of Science ośrodku Argonne Tandem Linac Accelerator System (ATLAS) znajduje się najpotężniejszy na świecie spektrometr do badań struktury jądrowej. Idąc dalej, Biuro Fizyki Jądrowej wspiera obecnie budowę urządzenia do wytwarzania wiązek rzadkich izotopów na Uniwersytecie Stanowym Michigan. Akcelerator ten będzie produkował krótkożyciowe i nigdy wcześniej nie widziane jądra bogate w neutrony, które odgrywają rolę w produkcji najcięższych pierwiastków.

Fakty dotyczące nukleosyntezy

• Naukowcy uważają, że najcięższe naturalnie występujące pierwiastki, w tym uran, są produkowane w gwałtownych środowiskach bogatych w neutrony, takich jak fuzja dwóch gwiazd neutronowych lub supernowe. W tych warunkach neutrony zyskują jądra szybciej, niż mogą się rozpadać.
• Składamy się głównie z materii powstałej w wyniku nukleosyntezy w gwiazdach, które od tego czasu umarły, co doprowadziło do słynnego stwierdzenia kosmologa Carla Sagana, że jesteśmy zbudowani z „gwiezdnego materiału”.”

Zasoby i terminy pokrewne

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

.