Происхождение химических элементов

Для образования атома необходимо, чтобы атомное ядро связалось с достаточным количеством электронов. Долгое время это было невозможно из-за слишком высокой температуры — любой атом, возникнув, тут же был бы разбит на ядро и электроны в столкновениях с другими частицами.

Лишь когда возраст Вселенной достиг примерно миллиона лет, а температура опустилась до нескольких тысяч градусов, атомы стали устойчивыми. Вселенная оказалась заполненной разреженной (10^–23 кг/м³) газовой смесью из 30% гелия и 70% водорода (по массе; по количеству атомов пропорция была примерно 10:90). Астрономические наблюдения подтверждают этот вывод.

Откуда же взялись все остальные элементы? Наиболее распространенные из них образовались в термоядерных реакциях внутри звезд. Легким ядрам энергетически выгодно сливаться в более тяжелые (термо­ядер­ный синтез). Проблема, однако, в том, что выгоду обеспечивает сильное ядерное взаимодействие — сильное, но короткодействующее. Чтобы реакция слияния произошла, ядрам сначала надо преодолеть дальнодействующие силы электростатического отталкивания — ведь каждое ядро заряжено положительно. Преодолеть электростатический барьер они могут только с разгону, поэтому термоядерный синтез идет лишь при достаточно высоких температурах (и давлениях).

Именно термоядерные реакции являются источниками энергии звезд. В них последовательно образуются все химические элементы от бора до железа. Более тяжелые элементы при спокойном протекании термоядерных реакций не возникают: это оказывается энергетически невыгодным. Железо — наиболее устойчивый элемент в смысле стабильности атомного ядра.

Когда звезда исчерпывает запас термоядерного горючего, распирающее ее давление горячего газа не может больше противостоять гравитационным силам. Внешние слои звезды начинают падать к ее центру, сильно сжимаясь и нагреваясь. Создаются условия для очень быстрого термоядерного горения остатков легких элементов — термоядерного взрыва. Мы наблюдаем такое как вспышку Сверхновой, когда звезда внезапно начинает сиять как сотни миллиардов обычных звезд. Взрыв Сверхновой рассеивает по космосу углерод, кислород, азот и другие элементы, «сваренные» в термоядерном котле. Кроме того, во время взрыва возникают столь интенсивные потоки энергичных частиц, что при их столкновениях синтезируются и ядра элементов более тяжелых, чем железо. Поскольку в состав Земли входит почти вся таблица Менделеева, это означает, что мы с вами состоим из вещества, разметанного по Вселенной вспышками Сверхновых первого поколения.