Происхождение химических элементов
Где и как образовались атомы: водород и гелий — в первые минуты Вселенной, углерод и кислород — в звёздах, золото и уран — при взрывах и слияниях нейтронных звёзд.
Все атомы, из которых состоят Земля и мы, когда-то были созданы в космосе. Разные элементы образовались в разных местах — от первых минут Вселенной до катастроф с участием нейтронных звёзд.
Первые минуты
Через несколько секунд после Большого взрыва Вселенная остыла настолько, что протоны и нейтроны начали соединяться. За первые минуты образовались водород, дейтерий, гелий-4 и следы лития. Итог: примерно 75 % обычного вещества по массе — водород, около 25 % — гелий. Доли лёгких элементов подтверждают теорию Большого взрыва, но с литием-7 есть расхождение: его наблюдают в несколько раз меньше предсказанного — «проблема лития».
Звёзды
В недрах звёзд термоядерные реакции строят элементы тяжелее («Термоядерный синтез»). Гелий превращается в углерод и кислород (тройной гелиевый процесс), в массивных звёздах дальше — в неон, магний, кремний и, наконец, железо. На железе цепочка обрывается: слияние более тяжёлых ядер энергии уже не даёт. Элементы попадают в космос при сбросе оболочек («Планетарные туманности») и взрывах («Сверхновые»).
Тяжелее железа
Тяжёлые ядра растут за счёт захвата нейтронов: - s-процесс (медленный) идёт в красных гигантах и даёт, например, барий, стронций, свинец. - r-процесс (быстрый) требует огромной плотности нейтронов и даёт золото, платину, уран. Получил наблюдательное подтверждение в 2017 году: после слияния двух нейтронных звёзд (GW170817) по спектру килоновой нашли свежеобразованные тяжёлые элементы («Гравитационные волны», «Нейтронные звёзды»). Вклад других источников, например взрывов магнетаров, обсуждают («Магнетары»).
Астрономы и «металлы»
Астрономы называют «металлами» все элементы тяжелее гелия. Чем старше звезда, тем их меньше: первые звёзды были почти чистыми водородом и гелием («Первые звёзды»), а в звёздах вроде Солнца металлов около полутора процентов по массе. Земля и мы состоим из вещества, переработанного несколькими поколениями звёзд.