De sjældneste lyselementer i universet

denne artikel er mere end 4 år gammel.
at forstå den kosmiske oprindelse af alle de grundstoffer, der er tungere end brint, kan give os et stærkt vindue ind i universets fortid samt indsigt i vores egen oprindelse. Billedkredit: bruger Cepheus.

elementer, der er tungere end brint, kan give os et stærkt vindue ind i universets fortid samt indsigt i vores egen oprindelse. Billedkredit: bruger Cepheus.

umiddelbart efter Big Bang, før de første stjerner i universet nogensinde blev dannet, bestod universet af brint (element #1), helium (element #2) og stort set intet andet. På trods af at de stammer fra en utrolig varm, tæt tilstand, blev vilkårligt tunge elementer ikke skabt tidligt på samme måde som de er lavet i dag i stjerner. På trods af at det er varmt nok til at gøre stort set alt, det tidlige Univers gør næsten ingenting af en simpel grund: hvis det var varmt og tæt nok til at smelte elementer sammen i de meget tidlige stadier, var det også varmt nok til at sprænge disse sammensatte elementer fra hinanden igen.

det er først, når universet er afkølet nok, at elementer ikke straks opdeles — lidt mere end tre minutter i — at vi kan bygge vores vej op ad det periodiske system.

Billedkredit: Commons bruger Joanna Ko Kursmider, med ændringer af E. Siegel.

producerer deuterium, helium – 3 og helium-4 i det tidlige Univers. Billedkredit: Commons bruger Joanna Ko Kurtmider, med ændringer af E. Siegel.

men selv efter få minutter er forholdene så lave i energi, at 99.999999% af elementerne løber ud ved helium. Og vi laver ikke noget nyt ud over det, før vi begynder at danne stjerner. Selvom den første fase af stjerneforbrænding altid involverer fusion af brint til helium i en stjernes kerne, vil stjernerne, der er massive nok (mere end omkring 40% så massive som vores sol) til sidst bygge deres vej op i det periodiske system:

  • når stjernens kerne løber tør for brintbrændstof, trækker den sig sammen og opvarmes.
  • når den når en temperatur på omkring 100 millioner K, antændes helium.
  • med denne tænding begynder heliumforbrænding, hvor tre heliumatomer smelter sammen for at skabe kulstof (element #6) og frigiver energi i processen.
Billedkredit: ESO / G. Beccari, via .

der vil producere rigelige mængder kulstof (og mere) i deres kerner. Billedkredit: ESO / G. Beccari, via http://www.eso.org/public/images/eso1422a/.

dette er processen i spil i røde kæmpestjerner, hvor mere massive stjerner skaber elementer som nitrogen, ilt, neon, magnesium, silicium, svovl og jern-kobolt-og-nikkel. Derudover producerer stjerneforbrænding også frie neutroner, som kan kombineres med de allerede eksisterende elementer for at klatre op i det periodiske system et element ad gangen, helt op til elementer som bly og vismut (elementer #82 og #83). Og endelig vil de absolut mest massive stjerner dø i en spektakulær supernovaeksplosion, der fører til en løbende fusionsreaktion, der i princippet skal producere alt, hvad der er kendt i det periodiske system og videre, hvilket skaber ethvert element muligt.

nebulaen fra supernovaresten V49B, stadig synlig i røntgenstråler, radio og infrare bølgelængder. Billedkredit: røntgenbillede: NASA/CCC / MIT / L. Lopes et al.; Infrarød: Palomar; Radio: NSF/NRAO / VLA.

synlig i røntgenstråler, radio og infrare bølgelængder. Billedkredit: røntgenbillede: NASA/CCC / MIT / L. Lopes et al.; Infrarød: Palomar; Radio: NSF/NRAO / VLA.

hvert element muligt, det vil sige undtagen de tre, vi sprang over. Du ser, universet starter med brint og helium, alle stjerner producerer helium, og derefter producerer stjerner over en bestemt massetærskel kulstof, nitrogen, ilt og masser af tungere grundstoffer. Men kulstof var allerede element #6; Hvad med lithium, beryllium og bor (elementer #3, #4 og #5)? Når vi ser ud på universet og solsystemet og spørger, hvad grundstoffernes overflod er, bemærker vi, at der er en enorm kløft mellem helium og kulstof, ligesom disse tre elementer er utroligt undertrykt.

Billedkredit: bruger, med data fra Katharina Lodders (2003). The Astrophysical Journal 591: 1220-1247.

data fra Katharina Lodders (2003). The Astrophysical Journal 591: 1220-1247.

du kan ikke lave disse elementer ved at smelte lettere sammen, da tilsætning af hydrogen til helium ville skabe lithium-5, som er ustabil, og tilføjelse af to Helier sammen ville skabe beryllium-8, som er ustabil. (Faktisk er alle kerner med en masse på 5 eller 8 ustabile.) Du kan ikke gøre dem fra stjernernes reaktioner, der involverer elementer som kulstof eller derover, da de kun skaber tungere elementer, ikke lettere. Faktisk kan du slet ikke lave det første af de tungere end heliumelementer i stjerner.

en model af en plantecelle med primære og sekundære cellevægge. Uden bor ville plantecellevægge ikke eksistere. Billedkredit: Caroline Dahl, under en c.c.A.-s.a.-3.0 Licens.

sekundære cellevægge. Uden bor ville plantecellevægge ikke eksistere. Billedkredit: Caroline Dahl, under en c.c.A.-s.a.-3.0 Licens.

og alligevel eksisterer lithium, beryllium og bor ikke kun, men især bor er afgørende for livet-som vi ved-det på jorden. Uden bor ville der ikke være noget som en cellevæg og dermed ikke noget som en plante. (For nogle af os kan lithiumbatterierne i vores mobiltelefoner være lige så uundværlige!)

alligevel findes der planter, lithium, beryllium og bor, og på en eller anden måde skal disse elementer være skabt. Nøglerne, tro det eller ej, er de mest energiske kilder til partikler i universet: sorte huller, neutronstjerner, supernovaer og aktive galakser. Når disse kosmiske katastrofer antændes, bliver aktive eller endda eksploderer, udsender de ikke bare partikler. De udsender de højeste energipartikler i det kendte univers.

Billedkredit: NASA / JPL-Caltech; Chandra / Spits / Hubble sammensat af Cassiopeia en supernova rest.

Spits / Hubble sammensat af Cassiopeia a supernova rest.

og når disse energiske partikler (kendt som kosmiske stråler) rammer et tungere element — et skabt i en stjerne — kan det sprænge det fra hinanden og skabe en kaskade af partikler med lavere masse. Denne proces, kendt som spallation, er, hvordan lithium, beryllium og bor fundet på Jorden blev dannet, og den eneste grund til, at disse elementer overhovedet kan findes på vores planet. Disse tre elementer er langt den sjældneste af alle lyselementerne, og denne proces er den eneste grund til, at de overhovedet er omkring. Næste gang du ser en plante, skal du ikke kun tænke på den evolutionære historie, der gjorde det muligt for den at være sådan, men den kosmiske, der gjorde det muligt for de elementer, der er væsentlige for den, endda at eksistere. Uden de mest katastrofale, energiske begivenheder i universet ville tre af de letteste elementer, lithium, beryllium og bor, simpelthen ikke være.

få det bedste fra Forbes til din indbakke med de nyeste indsigter fra eksperter over hele kloden.

Følg mig på Facebook. Tjek min hjemmeside eller noget af mit andet arbejde her.

indlæser …

Skriv et svar

Din e-mailadresse vil ikke blive publiceret.