Skład chemiczny wszechświata – pierwiastki stanowiące elementy składowe całej materii – bezustannie się zmienia i ewoluuje dzięki życiu, ewolucji i śmierci gwiazd.
Zarys tego jak te pierwiastki powstają wraz ze wzrostem, dojrzewaniem i eksplozjami gwiazdy został opisany w przeglądowym artykule, który w dniu wczorajszym opublikowany został w periodyku Science.
„Wszechświat doświadczył bardzo interesujących zmian, w których nagle cały układ okresowy – łączna liczba pierwiastków we wszechświecie – uległ znaczącej zmianie” pisze Jennifer Johnson, profesor astronomii na Ohio State University oraz główna autorka opracowania.
„Przez 100 milionów lat po Wielkim Wybuchu istniał tylko wodór, hel i lit. I wtedy nagle zaczął powstawać węgiel i tlen i inne naprawdę ważne pierwiastki. Dzięki temu teraz przeżywamy istne dni chwały zapełniając cały układ okresowy”.
Układ okresowy pomaga ludziom zrozumieć pierwiastki tworzące nasz wszechświat już od lat sześćdziesiątych XIX wieku, kiedy to rosyjski chemik, Dmitrij Mendelejew odkrył, że określone pierwiastki zachowują się tak samo pod względem chemicznym i ułożył je właśnie w układ okresowy.
Jednak jak naukowcy od dawna wiedzą, cały układ okresowy to tylko gwiezdny pył. Większość pierwiastków występujących we wszechświecie, od najlżejszego wodoru do cięższych pierwiastków takich jak lorens, powstaje w gwiazdach.
Układ okresowy rozrastał się wraz z odkrywaniem nowych pierwiastków – a w przypadku pierwiastków syntetycznych, wraz z tworzeniem ich w laboratoriach całego świata – ale podstawy metody szeregowania pierwiastków opracowanej przez Mendelejewa nadal się sprawdzały.
Nukleosynteza – proces tworzenia nowych pierwiastków – rozpoczął się już w Wielkim Wybuchu 13,7 miliarda lat temu. Najlżejsze pierwiastki we wszechświecie – wodór i hel – pojawiły się jako pierwsze, właśnie w Wielkim Wybuchu. Cięższe pierwiastki – praktycznie każdy inny pierwiastek znajdujący się w układzie okresowym – są w dużej mierze produktami życia i śmierci gwiazd.
Johnson zauważa, że masywne gwiazdy, takie jak chociażby w Gwiazdozbiorze Oriona odległe od nas o 1300 lat świetlnych, tworzą pierwiastki dużo szybciej niż małomasywne gwiazdy. Te gwiezdne kolosy łączą wodór i hel w węgiel, następnie z węgla tworzą magnez, sód i neon. Masywne gwiazdy kończą swój żywot w eksplozjach supernowych, uwalniając pierwiastki – od tlenu po krzem i selen – w otaczającą je przestrzeń.
Mniejsze, małomasywne gwiazdy – gwiazdy rozmiarów Słońca – syntetyzują wodór i hel w swoim jądrze. Powstały w ten sposób hel następnie tworzy węgiel. Gdy taka mała gwiazda umiera, pozostawia po sobie białego karła. Białe karły syntetyzują inne pierwiastki, gdy się ze sobą łączą i eksplodują. Eksplodujące białe karły wyrzucają w swoje otoczenie wapń i żelazo. Łączące się gwiazdy neutronowe mogą syntetyzować rod lub ksenon. A ponieważ, tak jak ludzie, gwiazdy żyją i umierają w różnych skalach czasowych – oraz ponieważ różne pierwiastki powstają na różnych etapach życia i śmierci takich gwiazd – obfitość różnych pierwiastków we wszechświecie również bezustannie zmienia się w czasie.
Źródło: Ohio State University
Artykuł naukowy: http://dx.doi.org/10.1126/science.aau9540