Nukleosynteesi

Nukleosynteesi on tapahtuma, jossa muodostuu uusi atomi olemassa olevista vapaista nukleoneista eli protoneista ja neutroneista. Ensimmäiset nukleonit syntyi alkuräjähdyksessäenen gluoni avulla, kun maailmankaikkeuden lämpötila oli laskenut alle kymmenen miljoonan celsiusasteen lämpötilaan. Suurin osa nukleosynteeseistä tapahtuu tähdissä, jotka ovat tuottaneet ja tuottavat kaikki heliumia raskaammat alkuaineet.

Alkuräjähdyksen nukleosynteesi

Alkuräjähdyksen ensimmäisinä kolmena minuuttina syntyi nukleosynteesillä maailmankaikkeuden kevyiden alkuaineiden varastot, vety, heliumia sekä jonkin verran deuterium ja litiumia. Näistä alkuaineista deuterium ja litium tuhoutuu tähdissäaa, joten niiden määrä vähenee maailmankaikkeuden ikääntyessä. Vaikka alkuräjähdyksessä syntyi alkuaineita vain muutamia, on alkuräjähdyksen synnyttämien alkuaineiden kokonaismäärä maailmankaikkeuden atomeista nykytiedolla 98–99 prosentti.

Tähtien nukleosynteesi

Tähtien energiaa vapauttavissa nukleosynteeseissä syntyy suurin osa muista alkuaineista. Massaltaan suuremmat kuin 0,08 auringon massaina pystyvät kehittämään vedyn polttamiseksi vaadittavan kymmenen miljoonan kelvin lämpötilan. Polttaakseen heliumia, tähti tarvitsee massaa jo 0,25 auringon verran, jolloin lämpotila voi kymmenkertaistua ja laukaista heliumfuusion. Mitä pidemmälle alkuaineiden jaksollisessa järjestelmässä mennään, sitä suurempi on oltava tähden massa kunnes lopulta tulee rauta, alkuaine jolla on alhaisin sidosenergia hiukkasta kohden ja johon fuusioreaktio pysähtyy. Rautaan fuusioitumista varten tähden tulee olla massaltaan suurempi kuin 8 aurinkoa.

Neutronisieppaus

Luonnossa esiintyy myös rautaa raskaampia alkuaineita, joita syntyy niin ikään tähdissä. Näissä tapauksissa kyseessä ei kuitenkaan ole enää raudan fuusioituminen, vaan energiaa kuluttava hidas- tai nopea neutronisieppaus (myös s-prosessi jossa s on slow ja r-prosessi jossa r on rapid). Prosessissa vahva ydinvoima sieppaa irtoneutroneita, ja kasvattaa atomin kokoa. Useasti heikko ydinvoima hajottaa näin kasvatetun atomin protoneiksi ja elektroneiksi, jota myös beetahajoamiseksianan kutsutaan. Neutronin muuntuminen protoniksi sitoutuneissa ytimissä mahdollistaa raskaampien alkuaineiden synnyn lisäämällä ytimen stabiiliutta ja kasvattamalla atomin järjestyslukua. Prosessien tehoeroja voidaan verrata atomipainoltaan lähes identtisiin platina (atomipaino 195) ja lyijyyn (atomipaino 207). Mikäli prosessit olisivat yhtä tehokkaita, platina olisi maailmankaikkeudessa yleisempää kuin lyijy. Kuitenkin platinaa syntyy ainoastaan r-prosessissa, eli prosessissa joka käynnistyy vain tähden luhistumisen hetkellä. Lyijyä taas syntyy s-prosessissa, joka on hitaampi mutta joka kokonaisuudessaan pystyy tuottamaan enemmän ytimiä kuin r-prosessi.

Lähteet

Katso myös

• Alkuaine
  • Jaksollinen järjestelmä
• Kosmologia
  • Maailmankaikkeus
  • Alkuräjähdys