Zvezdna nukleosinteza je postopek, s katerim se elementi ustvarijo znotraj zvezd z združevanjem protoni in nevtroni skupaj iz jeder lažjih elementov. Vsi atomi v vesolju so se začeli kot vodik. Zlivanje znotraj zvezd pretvori vodik v helij, toploto in sevanje. Težji elementi nastajajo v različnih vrstah zvezd, ko umirajo ali eksplodirajo.
Zgodovina teorije
Zamisel, da zvezde zlivajo atome svetlobnih elementov, je prvič predlagal v dvajsetih letih prejšnjega stoletja Einsteinov močni podpornik Arthur Eddington. Resnična zasluga za njegovo razvijanje v skladno teorijo pa je dodeljena delu Freda Hoylea po drugi svetovni vojni. Hoyleova teorija je vsebovala nekaj bistvenih razlik od sedanje teorije, predvsem to, da ni verjel v teorija velikega poka toda namesto tega se je vodik nenehno ustvarjal v našem vesolju. (Ta alternativna teorija se je imenovala a teorija stabilnega stanja in ni bil naklonjen, ko je bilo zaznano sevanje kozmičnega mikrovalovnega ozadja.)
Najenostavnejša vrsta atoma v vesolju je atom vodika, ki vsebuje en jedro protona v jedru (po možnosti tudi z nekaj nevtroni) in z elektroni, ki krožijo po tem jedru. Zdaj se verjame, da so ti protoni nastali ob neverjetno visoki energiji
kvark-gluonska plazma zelo zgodaj vesolje izgubilo dovolj energije, da kvarki se začeli povezovati, da bi tvorili protone (in drugo hadronikot nevtroni). Vodik je nastajal v hipu in celo helij (z jedri, ki vsebuje 2 protona) se je oblikoval v razmeroma kratkem zaporedju (del procesa, imenovanega nukleosinteza Big Bang).Ker sta se ta vodik in helij začela oblikovati v zgodnjem vesolju, je bilo na nekaterih območjih gosto, kot v drugih. Gravitacija je prevzela in sčasoma so se ti atomi združili v ogromne plinske oblake v prostranosti vesolja. Ko so ti oblaki postali dovolj veliki, jih je zbrala gravitacija z dovolj sile, da bi se atomska jedra lahko zlila, v procesu imenovanem jedrska fuzija. Rezultat tega procesa fuzije je, da sta dva enota protona zdaj tvorila en sam dvoprotonski atom. Z drugimi besedami, dva atoma vodika sta začela en sam atom helija. Energija, ki se sprosti med tem postopkom, povzroči, da sonce (ali katera koli druga zvezda za to zadevo) gori.
Skoraj 10 milijonov let traja, da gori skozi vodik, potem pa se stvari segrejejo in helij se začne topiti. Zvezdna nukleosinteza še naprej ustvarja težje in težje elemente, dokler ne končate z železom.
Ustvarjanje težjih elementov
Izgorevanje helija za pridobivanje težjih elementov se nato nadaljuje približno 1 milijon let. Večinoma se ta zlili v ogljik s postopkom trojnega alfa, v katerem se transformirajo tri jedra helija-4 (alfa delci). Alfa postopek nato kombinira helij z ogljikom, da nastane težje elemente, vendar le tiste s enakomernim številom protonov. Kombinacije gredo v tem vrstnem redu:
- Ogljik in helij proizvajata kisik.
- Kisik in helij proizvajata neon.
- Neon plus helij proizvaja magnezij.
- Magnezij in helij proizvajata silicij.
- Silicij plus helij proizvaja žveplo.
- Žveplo plus helij proizvaja argon.
- Argon plus helij proizvaja kalcij.
- Kalcij plus helij proizvaja titan.
- Titan plus helij proizvaja krom.
- Krom plus helij proizvaja železo.
Druge fuzijske poti ustvarjajo elemente z neparnim številom protonov. Železo ima tako tesno vezano jedro, da potem, ko je ta točka dosežena, ne pride do nadaljnjega zlivanja. Brez toplotne fuzije se zvezda zruši in eksplodira v udarnem valovanju.
Fizik Lawrence Krauss ugotavlja, da je potrebno 100.000 let, da se ogljik segreje v kisik, 10.000 let pa kisika, da gori v silicij, in nekega dne, da se silicij zgore v železo in napove propad zvezda.
Astronom Carl Sagan je v televizijski seriji "Cosmos" opozoril: "Narejeni smo iz zvezd." Krauss se je strinjal in izjavil, da je bil "vsak atom v vašem telesu nekoč znotraj zvezde, ki je eksplodirala... Atomi v vaši levi roki so verjetno izhajali iz drugačne zvezde kot v vaši desni roki, ker je 200 milijonov zvezd eksplodiralo, da sestavljajo atome v vašem telesu. "