Nukleoszintézis

Nukleosynteza to proces w astrofizyce polegający na powstawaniu jąder atomowych z wcześniej istniejących nukleonów (protonów i neutronów) poprzez różne mechanizmy fuzji, rozszczepiania i pochłaniania neutronów. Zachodzi w różnych środowiskach kosmicznych, od wczesnego Wszechświata po gwiazdy i ich wyniki końcowe, a także w eksplozjach supernowych i w zjawiskach astronomicznych związanych z mitrą neutronowych.

Big Bang nucleosynthesis odnosi się do syntezy lekkich jąder w bardzo wczesnych sekundach po Wielkim Wybuchu. Powstały wtedy głównie wodór i hel, z niewielkimi ilościami deuteru, hel-3 i lit-7. Dokładne proporcje zależą od gęstości baryonów i zgodność z obserwacjami kosmologicznymi, zwłaszcza z odczytami kosmicznego mikrofalowego promieniowania tła.

W gwiazdach zachodzi nukleosynteza termiczna, zaczynająca się od spalania wodoru w procesach proton-proton i, w gwiazdach o wyższym masie, w cyklu CNO. Następnie gazowy jądrowy może przejść w helową fazę spalania (trójwodorowy cykl), prowadząc do powstawania węgla i tlenia. W kolejnych etapach gwiazdy cięższe spalenia prowadzą do powstawania kolejnych pierwiastków aż do żelaza; w gwiazdach masowych zachodzą także zaawansowane fazy palenia i regeneracje neutronowe prowadzące do tworzenia cięższych jąder.

Istotne role mają procesy neutronowe: s-process zachodzący w gwiazdach AGB i r-process w gwałtownych eksplozjach supernowych oraz w mergerach neutronowych, prowadzące do wytwarzania wielu cięższych pierwiastków. P-process opisuje produkcję protonowo-ubogich izotopów przez fotodysocjację.

Obserwacje astronomiczne, modele chemicznej ewolucji galaktyk oraz skale izotopowe w meteorytach potwierdzają, że nuclesynteza jest kluczowym mechanizmem określającym skład chemiczny Wszechświata.