Big Bang-nukleosyntese

Nukleosyntese

Stjernenukleosyntese Big Bang-nukleosyntese Supernova-nukleosyntese Spaltning ved kosmisk stråling

Relaterede emner

Astrofysik Kernefusion R-proces S-proces Fission

Rediger

Big Bang-nukleosyntese (BBN) (eller ur-nukleosyntese) er den produktion af atomkerner, som fandt sted i en tidlig fase af universets udvikling, kort efter Big Bang. Syntesen er en vigtig teori i kosmologien og anses for at forklare dannelsen af brint-isotopen deuterium (H-2 eller D), helium-isotoperne He-3 og He-4 samt lithium-isotopen Li-7. Den almindelige brint (H-1 eller bare H) i universet udgøres af de tiloversblevne protoner fra syntesen, således at hovedparten af alt (baryonisk) stof i universet er kommet ud af denne proces.

Syntesen varede kun omkring 3 minutter (i tidsrummet fra 100 til 300 sekunder fra begyndelsen af universets udvidelse). Derefter var universets tæthed og temperatur faldet til værdier, som ikke var høje nok til fusion af atomkerner. På den korte tid, BBN varede, forenedes protoner og frie neutroner, og dannede fortrinsvis helium-4 via deuterium som mellemprodukt, mens tungere grundstoffer end beryllium ikke kunne dannes på grund af en "flaskehals", som skyldes, at der ikke findes en stabil atomkerne med 8 nukleoner. Samtidig betød afbrydelsen af BBN, at processens ubrugte, lette stoffer, som deuterium, fortsat kunne eksistere. Syntesen var i øvrigt altomfattende og foregik overalt i universet.

I beregninger af syntesens produktion af grundstoffer indgår forholdet mellem antallet af baryoner (stofenheder) og fotoner (lysenheder) i universet som en grundlæggende parameter. Det er et særdeles ulige forhold, der er af størrelsesordenen 1:10¹⁰. Parameteren svarer til temperaturen og tætheden af det tidlige univers og fastlægger de betingelser, under hvilke den nukleare fusion foregik. Vigtigheden af dens præcise værdi gælder dog kun mængden af de enkelte stoffer, som produceres, og har mindre betydning for den overordnede forståelse af nukleosyntesen og Big Bang.

Ifølge Big Bang-teorien vil nukleosyntesen resultere i, at universet efter dens forløb indeholder 75% H-1, omkring 25% helium-4, ca. 0.01% deuterium, uhyre små mængder (af størrelsesordenen 10^-10) af lithium og beryllium, og ingen tungere grundstoffer. (De procentvise mængder er, som det er almindeligt, anført efter masse, således at 25% helium-4 betyder, at 25% af al masse er bundet i helium-4. Hvis tallet beregnes på grundlag af en optælling atom-for-atom, vil procentdelen af helium-4 være mindre). Det anses for at være en stærk støtte til teorien om Big Bang, at de observerede mængder i universet er i overensstemmelse med disse tal.