Усе почалося з Великого вибуху: як у Всесвіті з'явилися хімічні елементи

Увесь Всесвіт наповнений великою кількістю хімічних елементів, із яких складаються зірки, планети й навіть люди. У Всесвіті існує велике розмаїття хімічних елементів, починаючи від найлегших, таких як гелій, і закінчуючи найважчими як свинець. Але як з'явилися всі ці елементи? Про це пише Space.

У Фокус. Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!

Із чого все почалося?

Формування хімічних елементів почалося незабаром після Великого вибуху, коли вік Усесвіту становив від кількох секунд до кількох хвилин. Тоді весь об'єм Усесвіту був у мільйони разів меншим, ніж зараз. Початковий космос мав таку неймовірно високу щільність, що температура всієї матерії перевищувала 1 млрд градусів за Цельсієм. Цих умов було достатньо для створення ядерних реакцій.

Це означає, що на початковому етапі існування Всесвіту було так спекотно, що навіть протони та нейтрони не могли існувати як стабільні об'єкти. Натомість початковий космос був набором таких фундаментальних частинок як кварки та глюони, які плавилися в стані сирої плазми.

Поява протонів і нейтронів

Але Всесвіт миттєво почав розширюватися, а отже, відбулося його охолодження. Зрештою, кварки утворили перші протони та нейтрони. Коли ці частинки охололи, на кожен нейтрон припадало приблизно шість протонів. Нейтрони почали об'єднуватися з протонами, й утворилися перші ядра атомів. Але найпершими хімічними елементами були гелій і водень — найлегші в Усесвіті. Вважається, що космос на самому початку на 25% складався з гелію та на 75% — з водню.

Через кілька сотень мільйонів років з'явилося перше покоління зірок, які у своїх ядрах перетворювали водень на гелій унаслідок термоядерної реакції. У принципі зірки роблять це й зараз.

Ближче до кінця свого життя такі зірки, як Сонце, переходять на перетворення гелію на вуглець і кисень, перш ніж помруть і залишать після себе планетарні туманності. Тому в Усесвіті так багато вуглецю та кисню, адже після водню та гелію ці хімічні елементи найчастіше створюють зірки.

Зірки, маса яких щонайменше у 8 разів більша за масу Сонця, створюють у своїх ядрах важчі елементи. Наприкінці свого життя вони виробляють азот, неон, кремній, сірку, магній, нікель, хром і залізо.

На цьому закінчується процес формування хімічних елементів усередині зірок. Решта елементів утворюються, коли зірки вмирають, до того ж способи їхньої смерті різні.

Смерть зірок — це початок

Коли маленькі зірки, такі, як Сонце, вмирають, то відбувається викид їхньої речовини в навколишній космос. Більші зірки вибухають у вигляді наднових. У результаті цих смертей зірок залишаються залишки у вигляді стисненого ядра. Маленькі зірки залишають після себе білих карликів, які майже повністю складаються з вуглецю та кисню. Зірки більшого розміру залишають після себе неймовірно щільні нейтронні зірки. Якщо білий карлик має зірку-компаньйона, то він забирає її речовину, набирає масу та вибухає особливим типом наднової. Нейтронні зірки можуть стикатися, і відбувається ще потужніший вибух під назвою кілонова. Як уже писав Фокус, під час таких вибухів відбувається створення золота і платини.

Усі перераховані вище вибухи призвели до появи інших хімічних елементів. І ці вибухи відбуваються постійно, а значить, космос наповнюється цими елементами завжди. Під час кожного вибуху нові елементи розлітаються по космосу та перетворюються на міжзоряну суміш. У цій суміші елементи приєднуються до нових газових хмар. Із цих хмар з'являються нові зірки, навколо яких формуються нові планети, і процес виробництва хімічних елементів не припиняється вже приблизно 13 млрд років.

Також Фокус писав про те, чому космос такий темний, хоча Всесвіт наповнений дуже яскравими зірками. Космос повинен мати дуже яскравий вигляд навіть уночі, адже він наповнений величезною кількістю зірок. Цьому є пояснення.