Ποιο είναι το τρίτο σε αφθονία στοιχείο στο σύμπαν;

Posted on 13/06/2015

0


Τις δυο πρώτες θέσεις καταλαμβάνουν με διαφορά τα στοιχεία Υδρογόνο (H) και το Ήλιο (4He). Ποιο στοιχείο βρίσκεται στην τρίτη θέση;

periodic_table1

Αρχέγονη πυρηνοσύνθεση

Αν πάμε πίσω στο χρόνο στα πρώτα στάδια του σύμπαντος, στα πρώτα λεπτά μετά την Μεγάλη Έκρηξη, το μόνο που υπήρχε ήταν πρωτόνια, ηλεκτρόνια, πρωτόνια, φωτόνια και άλλα σωματίδια. Αυτό το νεαρό και θερμό σύμπαν καθώς ψυχόταν διαστελλόμενο, έφτασε στην κατάλληλη πυκνότητα και θερμοκρασία (1 δισεκατομμύριο βαθμοί Κέλβιν) που επέτρεπαν την πραγματοποίηση πυρηνικών αντιδράσεων μεταξύ πρωτονίων και νετρονίων .
Στο χρονικό διάστημα, από τα πρώτα δευτερόλεπτα μέχρι τα 20 πρώτα λεπτά της ζωής του σύμπαντος, διαμέσου διαδοχικών πυρηνικών αντιδράσεων σχηματίστηκαν οι πρώτοι πυρήνες. Στο τέλος αυτής της διαδικασίας που ονομάζεται αρχέγονη πυρηνοσύνθεση, το σύμπαν περιείχε 92% Υδρογόνο (1Η), 8% Ήλιο (4He) , 0,00000001% Λίθιο 7Li και σχετικά ελάχιστες ποσότητες ελαφρών πυρήνων Ηλίου-3( 3He),  Λιθίου-6 (6Li), Δευτερίου ( 2Η ), Βηρυλλίου (9Βe) και Βορίου (10Β, 11Β).

Στην αρχή λοιπόν του σύμπαντος το Λίθιο – το τρίτο στοιχείο του περιοδικού πίνακα – υπήρξε και το τρίτο σε αφθονία στοιχείο.

Όμως, από την στιγμή που άρχισαν να σχηματίζονται τα άστρα, τα πράγματα άλλαξαν στη συνέχεια.

Η πυρηνοσύνθεση στο εσωτερικό των άστρων

50 με 100 εκατομμύρια μετά την Μεγάλη Έκρηξη τεράστιες ποσότητες Υδρογόνου άρχισαν να συσσωρεύονται υπό την επίδραση της βαρυτικής έλξης και στη συνέχεια με πυρηνικές αντιδράσεις σύντηξης σχηματίστηκαν επιπλέον ποσότητες Ηλίου .
universe1Με την εξάντληση του υδρογόνου αρχίζει η σύντηξη των πυρήνων του Ηλίου προς Άνθρακα .

Αρκούσε να συντηχθούν 0,3 τρισεκατομμύρια πυρήνες  Άνθρακα (από 1 τρισεκατομμύριο πυρήνες Ηλίου) για να χάσει την τρίτη θέση το Λίθιο από τον Άνθρακα.

Όμως δεν θα διατηρήσει για πολύ την τρίτη θέση ο Άνθρακας. Θα την χάσει από το Οξυγόνο!

Η σύντηξη στο εσωτερικό των άστρων συνεχίζεται και ο Άνθρακας μετατρέπεται σε Οξυγόνο, το Οξυγόνο σε Νέον, σε Πυρίτιο και Θείο, και στο τέλος αυτής της αλυσίδας φθάνουμε στον Σίδηρο.

Κάπου εκεί σταματάνε οι πυρηνικές αντιδράσεις και το άστρο καταρρέει βαρυτικά για να μετατραπεί σε σουπερνόβα.

Η εκρηκτική πυρηνοσύνθεση στους υπερκαινοφανείς αστέρες (σουπερνόβα)

pre_supernovaΚατά την διάρκεια της έκρηξης των σουπερνόβα τα εξωτερικά στρώματα του άστρου εκτινάσσουν στο διάστημα τις ποσότητες των στοιχείων Υδρογόνο, Ήλιο, Άνθρακα και Οξυγόνο. Ταυτόχρονα στα εσωτερικά στρώματα, σχηματίζονται διαμέσου της αργής σύλληψης νετρονίων (s-process) βαρύτερα στοιχεία όπως Νέον, Μαγνήσιο, Αργόν, Ασβέστιο κ.ο.κ, και διαμέσου της ταχείας σύλληψης νετρονίων (r-process) βαρύτερα στοιχεία μέχρι το Ουράνιο κι ακόμη πιο βαρύτερα.

Για πολλές γενιές άστρων η διαδικασία αυτή επαναλαμβάνεται, μόνο που αυτή τη φορά δεν υπάρχει ως πρώτη ύλη μόνο Υδρογόνο και Ήλιο, αλλά και ποσότητες Άνθρακα, Οξυγόνου, Αζώτου και άλλων στοιχείων. Έτσι, σε άστρα με μεγαλύτερη μάζα από τον Ήλιο, ο κύριος μηχανισμός σύντηξης του υδρογόνου σε ήλιο είναι ο «κύκλος CNO».

Μέσα από αυτές τις διαδικασίες σχηματίστηκαν όλα τα στοιχεία του σύμπαντος και στην τελική καταμέτρηση η ποσότητα του Οξυγόνου καταλαμβάνει την τρίτη θέση. Εννοείται πως υπερτερούν συντριπτικά Υδρογόνο και Ήλιο!

Στο διάγραμμα που ακολουθεί βλέπουμε την κατά βάρος περιεκτικότητα των στοιχείων (1:10.000) στο σύμπαν μας. Η σειρά είναι: Η, Ηe, O, C, Ne, Fe, Ν, Si, …

abundances_pie_chart

Κάντε κλικ πάνω στην εικόνα για μεγέθυνση (chandra.si.edu)

Πηγές: medium.com/starts-with-a-bang – chandra.si.edu – periodictable.com