נוקליאוסינתזה

נוקליאוסינתזה היא התאוריה שמסבירה איך נוצרו גרעיני האטומים החדשים. גרעיני האטומים הראשונים נוצרו כשלוש דקות אחרי המפץ הגדול, בעיקר גרעיני מימן והליום. אלה בנו בסופו של דבר את הכוכבים הראשונים והשפיעו על יחס השכיחויות של היסודות ביקום.

הנוקליאונים הראשונים (פרוטונים ונייטרונים) נוצרו כשהיקום התקרר מפלזמת קווארק-גלואון. בתוך כ-100, 300 שניות התחוללה נוקליאוסינתזה של המפץ הגדול ויצרו את 1H, 2H (דאוטריום), 3He ו-4He. התהליך הזה עצר כעבור כ-20 דקות, לפני שנוצרו יסודות כבדים מבריליום.

בהמשך, יצירת היסודות הכבדים יותר דרשה טמפרטורות ולחצים גבוהים, כפי שמתקיימים בכוכבים ובסופרנובות. בתוך כוכבים עוברים מידי-פעם שרשרת מיזוגים: שריפת מימן, שריפת הליום, שריפת פחמן ועוד. אלה מייצרים יסודות עד לברזל וניקל.

יסודות כבדים מברזל נוצרים בכוכבים באמצעות לכידת נייטרונים איטית (תהליך S). יסודות כבדים משמעותית נוצרים גם בהתפוצצויות סופרנובה, בעיקר דרך תהליך R, לכידות מהירה של נייטרונים, ובתהליכים נוספים כמו RP ו-P, שבהם גרעינים נשברים על ידי קרינה (photodisintegration).

תהליכים אלה קרו בשניות הראשונות אחרי המפץ הגדול ויצרו את מרבית מסה של ההליום והאיזוטופים הקלים. הם לא הספיקו לייצר פחמן וכבד יותר במידה משמעותית.

כוכבים פועלים כמו כבשנים שבהם מימן והליום מתמזגים ליסודות כבדים יותר. פחמן נוצר בתהליך שנקרא אלפא-משולש. חלקי החומר שנפלטים מכוכבים חוזרים לחלל כערפיליות ואבק, ומזינים דורות חדשים של כוכבים וכוכבי לכת.

עדות לתהליכים אלה כוללת את מציאת טכנציום (יסוד רדיואקטיבי) באטמוספרות ענקים אדומים. הטכנציום לא יכול להישאר בכוכב זמן רב, ולכן קיומו מוכיח יצירה גרעינית עכשווית בכוכבים.

בסופרנובות מאסיביות נוצרים היסודות שבין צורן לניקל במצב דמוי-שיווי-משקל, והן גם מקור ליסודות הכבדים ביותר כמו אורניום ותוריום. בתהליך-R נכנסים נייטרונים רבים לפרוטים בזמן קצר, ויוצרים איזוטופים כבדים ורדיואקטיביים.

ראיה מרכזית לנוקליאוסינתזה בסופרנובות נובעת מסופרנובה 1987A. שם זוהו קווי קרני-גמא שמצביעים על דעיכת איזוטופים רדיואקטיביים (כמו 56Co), והוכיחו יצירה גרעינית בזמן ההתפוצצות. כמו כן נמצא אבק כוכבי שנברא בסופרנובות, שמכיל איזוטופים ייחודיים.

התזה היא שבירה של גרעינים כאשר קרניים קוסמיות (פרוטונים מהירים) פוגעות בהם. תהליך זה יוצר בעיקר את היסודות הליתיום, בריליום ובור, שאינם נוצרים בכמות רבה בתהליכי מיזוג כוכביים.

תאוריות הנוקליאוסינתזה נבדקות על ידי חישוב שכיחויות איזוטופים והשוואתן לתצפיות. השילוב בין חישוב תיאורטי ותצפית אסטרונומית, כגון ספקטרוסקופיה של כוכבים ואבחון קווי קרני-גמא, מספק הוכחות מדעיות חזקות.

בנוסף לתהליכים הקוסמיים העיקריים, נוצרים גם נוקלידים נדירים בכדור-הארץ ובסביבתו, למשל כתוצאה מדעיכה רדיואקטיבית או בקרינת קרניים קוסמיות. תהליכים אלה חשובים לתארוך סלעים ולחקר מקורות גאולוגיים.

נוקליאוסינתזה היא איך נוצרו גרעיני האטומים. גרעינים אלה הם חלקים מרכזיים של אטומים.

כשלוש דקות אחרי המפץ הגדול נוצרו בעיקר מימן והליום. זה קרה כשהיקום היה חם וצפוף.

כוכבים הם כמו תנורים גדולים. הם ממזגים מימן והליום לגרעינים כבדים יותר. תהליכים אלה יכולים ליצור יסודות עד לברזל וניקל.

בתחילת היקום נוצרו 1H, 2H (דאוטריום), 3He ו-4He. לא הספיק זמן ליצור יסודות כבדים יותר.

כוכבים יוצרים פחמן ויסודות כבדים אחרים. כשכוכב זקוק, הוא אולי מפיל חלק מהחומר לחלל. האבק הזה עוזר ליצור כוכבים חדשים.

כשהכוכב הגדול מתפוצץ קוראים לזה סופרנובה. שם נוצרים יסודות כבדים מאוד, כמו אורניום. ראו זאת בסופרנובה 1987A, שבה נראו קרניים שמוכיחות יצירת גרעינים חדשים.

קרניים קוסמיות הן חלקיקים מהירים בחלל. כשהן פוגעות בגרעינים, הן שוברות אותם. כך נוצרו ליתיום, בריליום ובור.

מדענים בודקים את השכיחויות של היסודות בכוכבים ובאבק. מציאת טכנציום בכוכבים הראתה שכוכבים מייצרים יסודות בכוחם.

יש גם תהליכים קטנים בארץ שמייצרים נוקלידים מיוחדים. הם חשובים מאוד למחקרים גאולוגיים.