Essay Writing Service
Essay Writing Services
Wat is het?
Schematische weergave op de nuclidenkaart van de belangrijkste processen van nucleosynthese van elementen zwaarder dan ijzer. Nucleosynthese is de vorming in het heelal van zwaardere atoomkernen uit lichtere op een natuurlijke manier (in verschillende "astrofysische scenario's").
Kort na de oerknal was het heelal gevuld met materie, voornamelijk bestaande uit vrije protonen en neutronen, gevormd uit quark-gluonplasma. Op dit moment vond de primaire nucleosynthese plaats, die zeer snel, letterlijk binnen een half uur, stopte vanwege de snelle afkoeling van het uitdijende heelal. Kort daarna koelde het heelal voldoende af om "transparant" te worden, en we weten dat op dit moment 75% van de massa van zichtbare materie waterstof was, 25% - helium en minder dan een honderdste van een procent - deuterium (waterstof- 2), helium -3, lithium-7.
Nucleosynthese hervat met de vorming van de eerste sterren. De meeste energie in hoofdreekssterren met massa's van minder dan 2-3 zonsmassa's, die lang branden en die we meestal aan de hemel zien, wordt geproduceerd in de proton-protoncyclus. In het eerste stadium vormen twee protonen (waterstofkernen) een deuteriumkern. Een botsing van twee protonen leidt echter zelden tot fusie. Tijdens de fusie moet een van de protonen veranderen in een neutron (en een lepton-paar), en dit is een zeer onwaarschijnlijk proces. Vervolgens worden in de loop van verschillende transformatieketens twee deuteriumkernen omgezet in een heliumkern. Zwaardere elementen worden helemaal niet gevormd bij temperaturen en drukken die kenmerkend zijn voor de proton-protoncyclus.
In zwaardere sterren, waar temperaturen en drukken hoger kunnen zijn, wordt in onze tijd waterstof omgezet in helium als gevolg van de zogenaamde CNO-cyclus, waarbij ook verschillende isotopen van andere elementen worden gevormd, zoals stikstof, zuurstof en fluor . Deze cyclus vereist een katalysator - koolstof, en daarom werkte het niet in de allereerste sterren, die alleen uit waterstof en helium bestonden.
Nadat de waterstof "brandstof" is opgebrand, wordt drievoudige alfa-opname mogelijk - de fusie van drie heliumkernen tot een koolstofkern. Deze synthese is erg moeilijk omdat het tussenresultaat - de beryllium-8-kern, bestaande uit twee heliumkernen - een onstabiele kortlevende isotoop is. Het is noodzakelijk om de stellaire materie zeer sterk te comprimeren en te verwarmen, zodat de kans op botsing van drie heliumkernen op één punt tegelijkertijd merkbaar wordt.
Afhankelijk van de details van het scenario van stellaire evolutie, komt nucleosynthese op zeer massieve sterren, met een massa van meer dan tien zonsmassa's, in ijzer, kobalt en nikkel terecht via een aantal geavanceerde verbrandingsprocessen, zoals de verbranding van zuurstof, neon en silicium. In massieve sterren begint ook een reeks reacties op te treden, die het s-proces wordt genoemd (van het woord langzaam - "langzaam"). Het is een meervoudig opeenvolgende vangst van neutronen door de kern, afgewisseld met beta-minus verval, waardoor de lading van het nuclide toeneemt. Zo worden steeds meer zware elementen "geaccumuleerd". Tijdens het s-proces worden zware nucliden gesynthetiseerd, tot bismut aan toe.
Nucleosynthese in de diepten van sterren, die plaatsvindt onder invloed van hoge temperaturen en zwaartekracht, wordt gezamenlijk hydrostatische verbranding genoemd: de producten ervan blijven in principe in de ster. Om ervoor te zorgen dat zware elementen in interstellair gas verschijnen in de hoeveelheid waarin we ze waarnemen, zijn stellaire catastrofes nodig. Ze scheppen voorwaarden voor explosieve nucleosynthese, waarbij actief zware elementen worden gevormd. Het duurt zeer kort - van 1 tot 10 minuten. In een nucleair medium dat verzadigd is met neutronen, vindt het r-proces (van het woord snel - "snel") plaats, in een nucleair medium dat verzadigd is met protonen - het rp-proces (dat wil zeggen, "snel proton"). Explosieve nucleosynthese gaat gepaard met de opkomst van een zeer groot aantal onstabiele en zeer zware nucliden - veel veel zwaarder dan alles wat we tegenwoordig in de natuur kunnen vinden. Ze vervallen snel en genereren de meeste isotopen die zwaarder zijn dan ijzer, die we tegenwoordig op aarde en planeten hebben: tin, lood, goud, uranium, enzovoort. Explosieve nucleosynthese vindt plaats in zeer barre, "catastrofale" omstandigheden - bijvoorbeeld wanneer een neutronenster of zelfs een zwart gat wordt geboren, of wanneer neutronensterren botsen. Bij alle explosieve processen wordt een deel van de stellaire materie verzadigd met de producten van nucleosynthese uit de zwaartekrachtbron van het oorspronkelijke systeem uitgestoten, waardoor het interstellaire gas wordt verrijkt met gesynthetiseerde elementen.