Hviezdna nukleosyntéza je proces, ktorým sa prvky vytvárajú v hviezdach kombináciou protóny a neutróny spolu z jadier ľahších prvkov. Všetky atómy vo vesmíre začali ako vodík. Fúzia vo hviezdach premieňa vodík na hélium, teplo a žiarenie. Ťažšie prvky sa vytvárajú v rôznych druhoch hviezd pri ich smrti alebo výbuchu.
Dejiny teórie
Myšlienka, že hviezdy spájajú atómy svetelných prvkov, bola prvýkrát navrhnutá v 20. rokoch 20. storočia silným podporovateľom Einsteina Arthurom Eddingtonom. Skutočná zásluha na jej vypracovaní do ucelenej teórie sa však pripisuje dielu Freda Hoyla po druhej svetovej vojne. Hoyleova teória obsahovala niektoré významné rozdiely od súčasnej teórie, najmä to, že neveril v teória veľkého tresku ale namiesto toho sa vodík v našom vesmíre neustále vytvára. (Táto alternatívna teória sa volala a teória ustáleného stavu keď sa zistilo kozmické mikrovlnné žiarenie na pozadí, vypadol z priazne.)
Najjednoduchším druhom atómu vo vesmíre je atóm vodíka, ktorý obsahuje jediný protón v jadre (pravdepodobne aj s niektorými neutrónmi visiacimi von) s elektrónmi obiehajúcimi okolo tohto jadra. Verí sa, že tieto protóny sa vytvorili, keď sa neuveriteľne vysoká energia
kvark-gluónová plazma veľmi skorého vesmíru stratili dosť energie kvarky začali sa spájať, aby vytvorili protóny (a iné) hadróny, ako neutróny). Vodík sa tvoril skoro okamžite a dokonca aj hélium (s jadrom obsahujúcim 2 protóny) sa tvorilo v relatívne krátkom poradí (súčasť procesu označovaného ako nukleosyntéza Veľkého tresku).Keď sa tento vodík a hélium začalo tvoriť v ranom vesmíre, boli oblasti, v ktorých bol hustejší ako v iných. Prevzala gravitácia a nakoniec sa tieto atómy v obrovskom priestore vtiahli do obrovského oblakového plynu. Akonáhle sa tieto oblaky stali dostatočne veľkými, boli vtiahnuté dokopy pomocou gravitácie s dostatočnou silou, aby mohli atómové jadrá fúzovať, v procese nazývanom jadrová fúzia. Výsledkom tohto fúzneho procesu je, že dva atómy s jedným protónom vytvorili jeden atóm s dvoma protónmi. Inými slovami, dva atómy vodíka začali jeden jediný atóm hélia. Energia uvoľnená počas tohto procesu je príčinou toho, že slnko (alebo akákoľvek iná hviezda) horí.
Horenie vodíkom trvá takmer 10 miliónov rokov a potom sa veci zahrejú a hélium sa začne taviť. Hviezdna nukleosyntéza naďalej vytvára ťažšie a ťažšie prvky, kým neskončí železom.
Vytváranie ťažších prvkov
Spaľovanie hélia na výrobu ťažších prvkov potom pokračuje približne 1 milión rokov. Väčšinou sa fúzuje s uhlíkom prostredníctvom procesu trojitého alfa, pri ktorom sa transformujú tri jadrá hélia-4 (častice alfa). Proces alfa potom kombinuje hélium s uhlíkom za vzniku ťažších prvkov, ale iba tých s párnym počtom protónov. Kombinácie idú v tomto poradí:
- Uhlík plus hélium produkuje kyslík.
- Kyslík plus hélium produkuje neón.
- Neón plus hélium produkuje horčík.
- Horčík plus hélium vytvára kremík.
- Kremík plus hélium vytvára síru.
- Síra plus hélium produkuje argón.
- Argon plus hélium produkuje vápnik.
- Vápnik plus hélium produkuje titán.
- Titán plus hélium produkuje chróm.
- Chróm plus hélium produkuje železo.
Iné fúzne dráhy vytvárajú prvky s nepárnym počtom protónov. Železo má také pevne viazané jadro, že po dosiahnutí tohto bodu nedochádza k ďalšej fúzii. Bez tepla fúzie sa hviezda zrúti a exploduje v rázovej vlne.
Fyzik Lawrence Krauss poznamenáva, že spaľovanie uhlíka na kyslík trvá 100 000 rokov, na 10 000 rokov kyslík horí na kremík a jedného dňa kremík horí na železo a zvestuje kolaps hviezda.
Astronóm Carl Sagan v televíznom seriáli „Cosmos“ poznamenal: „Vyrábame hviezdy.“ Krauss súhlasil a uviedol, že „každý atóm vo vašom tele bol kedysi vnútri hviezdy, ktorá explodovala... Atómy v ľavej ruke pravdepodobne pochádzajú z inej hviezdy ako v pravej ruke, pretože 200 miliónov hviezd vybuchlo, aby vytvorili atómy vo vašom tele. ““