Tähtede nukleosüntees on protsess, mille käigus elemendid luuakse tähtede sees, ühendades prootonid ja neutronid koos kergemate elementide tuumadest. Kõik universumi aatomid algasid vesinikuaatomina. Tuumasüntees tähtede sees muudab vesiniku heeliumiks, soojuseks ja radiatsiooniks. Raskemad elemendid tekivad erinevat tüüpi tähtedes, kui nad surevad või plahvatavad.
Teooria ajalugu
Einsteini tugev toetaja Arthur Eddington pakkus 1920. aastatel välja idee, et tähed ühendavad valguselementide aatomeid. Kuid selle sidusaks teooriaks arendamise tõeline tunnustus antakse Fred Hoyle'i teosele pärast II maailmasõda. Hoyle'i teooria sisaldas olulisi erinevusi praegusest teooriast, eriti seetõttu, et ta ei uskunud suure paugu teooria kuid selle asemel loodi vesinikku meie universumis pidevalt. (Seda alternatiivset teooriat nimetati a püsiseisundi teooria ja langes soosikust välja, kui tuvastati kosmiline mikrolaine taustkiirgus.)
Universumi lihtsaim aatomi tüüp on vesinikuaatom, mis sisaldab tuumas üksikut prootonit (võimalik, et ka mõned neutronid on rippunud) ja tuumaga ringlevad elektronid. Arvatakse, et need prootonid on moodustunud, kui uskumatult suur energia
kvark-gluoni plasma väga varases universumis kaotas piisavalt energiat, et kvargid hakkasid omavahel liituma, moodustades prootonid (ja muud hadronid, nagu neutronid). Vesinik moodustus üsna kiiresti ja ühtlane heelium (tuumades, mis sisaldavad 2 prootonit) moodustus suhteliselt lühikese järjestusega (osa protsessist, mida nimetatakse Suure Paugu nukleosünteesiks).Kuna see vesinik ja heelium hakkasid moodustuma varases universumis, oli mõnes piirkonnas see tihedam kui teistes. Gravitatsioon võttis võimust ja lõpuks tõmmati need aatomid kosmose avaruses massiivseteks pilvedeks. Kui need pilved olid piisavalt suureks saanud, tõmmati need gravitatsiooni abil piisavalt jõuga kokku, et põhjustada aatomituumade sulandumist protsessil, mida nimetatakse tuumasüntees. Selle sulandumisprotsessi tulemus on see, et kaks ühe prootoniga aatomit on nüüd moodustanud ühe kahe prootoni aatomi. Teisisõnu, kaks vesinikuaatomit on moodustanud ühe heeliumi aatomi. Selle protsessi käigus vabanev energia põhjustab päikese (või mõne muu tähe) põlemist.
Vesiniku läbipõlemiseks kulub ligi 10 miljonit aastat ja siis kuumenevad asjad ning heelium hakkab sulanduma. Tähtede nukleosüntees tekitab jätkuvalt raskemaid ja raskemaid elemente, kuni jõuate rauda.
Raskemate elementide loomine
Heeliumi põletamine raskemate elementide tootmiseks jätkub siis umbes miljon aastat. Enamasti sulatatakse see süsinikuks kolmiksfa-protsessi abil, mille käigus muundatakse kolm heelium-4 tuuma (alfaosakesed). Seejärel ühendab alfaprotsess heeliumi süsinikuga, et saada raskemaid elemente, kuid ainult neid, millel on paarisarv prootoneid. Kombinatsioonid toimuvad järgmises järjekorras:
- Süsinik pluss heelium toodab hapnikku.
- Hapnik ja heelium toodavad neooni.
- Neoon plus heelium toodab magneesiumi.
- Magneesium pluss heelium toodab räni.
- Räni ja heelium toodab väävlit.
- Väävel ja heelium toodavad argooni.
- Argoon ja heelium toodavad kaltsiumi.
- Kaltsium ja heelium toodavad titaani.
- Titaan ja heelium toodavad kroomi.
- Kroom ja heelium toodavad rauda.
Muud sulandumisteed loovad elemente, mille prootonite arv on paaritu. Raual on nii tihedalt seotud tuum, et pärast selle punkti saavutamist pole enam sulandumist. Ilma termotuumasüntaabita kukub täht kokku ja plahvatab lööklaines.
Füüsik Lawrence Krauss märgib, et süsiniku hapnikuks põlemiseks kulub 100 000 aastat, 10 000 aastat hapnik põleb räni ja ühel päeval räni põleb rauaks ning kuulutab hapniku kokkukukkumist täht.
Astronoom Carl Sagan märkis teleseriaalis "Kosmos": "Me oleme tehtud täht-värkidest." Krauss nõustus, väites, et "iga keha aatom oli kunagi tähe sees, mis plahvatas... Vasaku käe aatomid tulid arvatavasti teisest tähest kui paremas käes, sest 200 miljonit tähte on plahvatanud, et moodustada aatomid su kehas. "