ZVEZDE

7. NASTANAK HEMIJSKIH ELEMENATA

Kad je vasiona stvorena pre oko 15 milijardi godina nastali su samo vodonik i helijum. Samo ta dva laka elementa mogla su da prežive i izrone iz neverovatnog vrtloga kosmičkog rađanja. Ali svima je poznato da je svet oko nas sastavljen od mnogo težih elemenata. Tu ima kiseonika i azota u vazduhu koji udišemo, kalcijuma i kalijuma u našim kostima, a gvožđe je u krvi koja teče našim venama.

Nijedan od ovih težih elemenata nije bio deo prvobitne vatrene lopte iz koje se rodila vasiona. Oni nisu stvoreni u unutrašnjosti zvezda male mase. Te zvezde nisu sposobne da stvore elemente teže od ugljenika i kiseonika. Ali, u dubinama masivnih zvezda, čija je masa 50 do 60 puta veća dolazi do mnogih egzotičnih termonuklearnih reakcija. Videli smo da u poznom životu ovakvih zvezda temperatura raste na nekoliko milijardi stepeni. U takvom paklu kuju se teži elementi

Do sada je analiziran samo uloga nuklearnih reakcija u nastanku energije zvezda, ali te iste reakcije igraju i drugu važnu ulogu. Baš te reakcije odgovorne su za nastanak sveta u kome živimo. Evolucija hemijskih elemenata 'spaja' nuklearnu fiziku i astronomiju, to je vrlo kompleksna oblast, ali i vrlo važna u savremenoj astronomiji.

Danas je poznato 110 različitih hemijskih elemenata, od najprostijeg vodonika, koji u jezgru ima jedan proton, do najsloženijeg, otkrivenog 1994 godine sa 110 protona u jezgru. Svi hemijski elementi mogu se naći u nekoliko različitih oblika, odnosno izotopa, svaki izotop ima isti broj protona ali broj neutrona je različit. U svakodnevnom životu pod nazivom elementa podrazumeva se najrasprostranjeniji i najstabilniji izotop nekog elementa. Neki elementi i mnogi izotopi su radioaktivno nestabilni i spontano se raspadaju na lakša, stabilnija jezgra.

Elementi sa rednim brojevima do 81 su stabilni elementi koji se nalaze na Zemlji i oni izgraduju većinu objekata u Univerzumu. Sledećih 10 elemenata je radioaktivno, ali i oni se nalaze na našoj planeti. Bez obzira što je njihov period poluraspada (vreme za koje se polovina prisutnog broja radioaktivnih jezgara raspadne na lakša jezgra) vrlo dug, milion ili čak milijardu godina, oni su retki na Zemlji, meteoritima i uzorcima sa Meseca. Prisustvo ovih elemenata nije zabeleženo na zvezdama iz jednostavnog razloga - ima ih suviše malo da bi stvorili spektralne linije koje je moguće detektovati.

Osim ovih 10 prirodnih radioaktivnih elemenata postoji još 17 radioaktivnih elemenata ali oni se stvaraju veštačkim putem, u posebnim, laboratorijskim, uslovima. U uzorcima sakupljenim nakon nuklearnih proba takođe je registrovano prisustvo ovih elemenata. Za razliku od prirodno radioaktivnih elemenata period poluraspada ove grupe elemenata je mnogo kraći. Posledica brzog raspada je to da se ovi elementi ne mogu naći u prirodi. Poznata su još dva hemijska elementa: promethium - stabilan element koji je nađen na našoj planeti jedino kao sporedni produkt eksperimenata u nuklearnim laboratorijama; technetium - nestabilan element koji se nalazi na nekim zvezdama ali ga nema na Zemlji.

7.1 Rasprostranjenost elemenata
Kako i odakle su nastali svi ovi elementi? Da li su oni uvek postojali u Univerzumu ili su nastali nakon što je Univerzum bio stvoren? Pedesetih godina XX veka astronomi su zaključili da vodonik i većina helijuma potiču iz najranijih trenutaka stvaranja Univerzuma Svi drugi elementi su nastali kao rezultat nukleosinteze koja se odigrava u zvezdama.

Ključna stvar za razumevanje procesa nastanka teških elemenata je to da veća jezgra mogu da nastanu spajanjem lakših jezgara. Prema trenutno prihvaćenim teorijama svi teži elementi potiču, u stvari, od jednog elementa, najjednostavnijeg i najlakšeg - vodonika. Da bi teorija o nukleosintezi bila prihvatljiva ona mora da objasni i sam proces stvaranja različitih vrsta elemenata, ali takođe mora da pruži objašnjenje rasprostranjenosti pojedinih elemenata u vasioni. (slika 7.1 tabela) Kriva raspodele elemenata dobija se na osnovu spektroskopskih posmatranja različitih objekata u vasioni. Posmatranjem krive rasprostranjenosti elemenata lako se primećuje da su teži elementi daleko manje zastupljeni nego lakši, ali opadanje zastupljenosti nije ravnomerno već postoje izvesne varijacije.

	Osnovna grupa čestica	Procenat bogatstva
	Vodonik (1 nuklearna čestica) Helijum (4 nuklearnih čestica) Litijum (7 do 11 nuklearnih čestica) Ugljenikova grupa (12 do 20 nuklearnih čestica) Silikonska grupa (23 do 48 nuklearnih čestica) Grupa gvožđa (50 do 62 nuklearnih čestica) Srednje teška grupa (63 do 100 nuklearnih čestica) Najteža grupa (preko 100 nuklearnih čestica)	90 9 0,000001 0,2 0,01 0,01 0,00000001 0,000000001
	Ukupan zbir procenata manji je od 100 zbog neizvesnog procenta bogatstva helijuma. Svi izotopi svih elemenata su uključeni.

sl. 7.2.1

Nastali pozitroni gotovo trenutno reaguju sa slobodnim elektronima i u procesu anihilacije pretvaraju se u energiju gama-zraka. Neutrini odlaze odnoseći izvesnu količinu energije i oni ne igraju važnu ulogu u lancu nukleosinteze. Ispravnost proton-protonskog ciklusa potvrđena je i eksperimentalno, u laboratorijskim uslovima.

Helijum koji nastaje gomila se u jezgru zvezde. Količina vodonika i učestalost fuzionih reakcija se smanjuje. Jezgro počinje da se sažima i još više zagreva. Kada temperatura dostigne 10⁸K jezgra helijuma počinju da se sudaraju (njihova energija je veća od energije odbojnih elektrostatickih sila) i počinje proces fuzionih reakcija koji se naziva tri-alfa proces: