Tworzenie protonów neutronów oraz jąder atomowych

Transkrypt

1

2 Tworzenie protonów neutronów oraz jąder atomowych kwarki, elektrony, neutrina oraz ich antycząstki anihilują aby stać się cząstkami s światła fotonami energia kwarków jest już wystarczająco mała aby silne oddziaływanie zmusiło je do 10-6 s łączenia się w cząstki już nam znane protony, neutrony i ich antycząstki. po czasie 10-4 s wchodzimy w erę leptonową gdzie dominują lekkie cząstki. Po upływie 0.5 s Wszechświat jest matowy gdyż fotony nie mogą się przemieszać swobodnie i co chwilę zderzają się z inną cząsteczką.

3 Po jednej sekundzie Wszechświat jest jeszcze bardzo gorący kelwinów i gęsty 105 kg/m3 ale w tych warunkach fotony nie mają już energii do wytwarzania cząstek i cała antymateria ulega wyczerpaniu i powstaje promieniowanie oraz materia. Do pierwszej sekundy liczba neutronów tworzących się i rozpadających jest taka sama. Gdy minęła pierwsza sekunda prawie wszystkie elektrony podlegają anihilacji ze swoimi antycząstkami co oznacza, że protony nie mają już elektronów aby przekształcić się w neutron. Prowadzi to dużego niedoboru neutronów w stosunku do protonów, a dokładnie 2 do 10. Fotony powstałe podczas anihilacji już nie mają wystarczającej energii aby tworzyć pary materia-antymateria wypełniają więc sobą całą przestrzeń. Na każdą cząstkę przypada miliard fotonów, stosunek, który pozostał do dzisiaj.

4 Powstanie atomów helu 100 sek zaczną się tworzyć jądra atomowe. Podstawą jądra atomowego staje się proton, zapewne ze względu na jego stabilność. Pierwszym jądrem był proton z neutronem związany oddziaływaniem silnym. Nie mogły to być dwa protony gdyż działa tutaj silne odpychanie elektryczne. Ostyganie prowadzi do tego, że powstają kolejne jądra atomowe aż do He-4. Ponieważ jądra te są bardzo stabilne nie chcą już dalej przyłączać następnych nukleonów. Tak więc po trzech minutach Wszechświat zatrzymuje się w swym rozwoju na helu. Pamiętajmy, że trwa ekspansja i obniżanie temperatury co powoduje, ze już nie ma takich możliwości energetycznych jak poprzednio.

5 Powstawanie gwiazd i planet Dopóki Wszechświat był matowy czyli przed rokiem tysięcznym grawitacja była niweczona przez energetyczne fotony które zderzały się z cząstkami i nie pozwały im się gromadzić zgodnie z siłami grawitacji. Po znacznym rozrzedzeniu było możliwe, że w miejscu fluktuacji materii oddziaływanie grawitacyjne gęstszej materii przyciągnie do siebie inny fragment materii. Zaczynają się tworzyć nasiona galaktyk. Pozostał jednak jeszcze inny przeciwnik grawitacji a mianowicie ekspansja Wszechświata powodująca oddalanie się od siebie poszczególnych mas a więc zmniejszenie siły grawitacji między nimi. Na nasze szczęście siła grawitacji okazała się na tyle silna, że pokonała i tę przeszkodę.

6 Łączenie się protonów w jądro helu prowadzi do powstania energii. Wydziela się tzw. energia wiązania. Można sprawdzić, że suma energii czterech protonów nie jest równa energii jądra helu-4, ta różnica to właśnie energia wiązania wydzielana podczas reakcji jądrowych. Wyzwolenie tej energii prowadzi do wzrostu temperatury i emisji promieniowania co wstrzymuje zapadanie się gwiazdy. Równowaga ta utrzymuje się tak długo dopóki starcza protonów. Gdy zabraknie paliwa gwiazda zaczyna się zapadać dalej. Prowadzi to do zwiększenia gęstości oraz temperatury, która dochodzi do 100 milionów kelwinów. W tej temperaturze zaczyna zachodzić zjawisko tworzenia węgla C-6, gdyż w takich warunkach jądra helu chętnie łączą się w trójki natomiast dalej nie lubią połączeń podwójnych. Proces spalania helu zachodzi tak długo aż nastąpi całkowita przemiana gwiazdy helowej w gwiazdę węglową. Oznacza to, że znika promieniowanie które było przeciwwagą dla grawitacji i znowu grawitacja przejmuje inicjatywę. Rozpoczyna się kolejny etap zapadania gwiazdy. Staje się ona coraz mniejsza, coraz gęstsza i temperatura teraz rośnie. Po osiągnięciu kilkuset milionów kelwinów rozpoczynają się kolejne przemiany. Cykle spalania oraz tworzenia nowych pierwiastków są coraz krótsze. Im większa masa gwiazdy tym więcej pierwiastków może powstać. Na zewnątrz spala się wodór, trochę głębiej hel. Im bliżej środka gwiazdy tym cięższe pierwiastki. W końcu życia gwiazdy jej jądro składa się z żelaza, kobaltu oraz niklu podczas gdy w wyższych warstwach powstaje tlen, siarka, azot itp. Produkcja pierwiastków w gwiazdach kończy się jednak na żelazie-56. Dlaczego?

7 Z życia gwiazd Masa mniejsza od 1.4 masy Słońca staje się najpierw czerwonym olbrzymem a po wyemitowaniu pozostałej energii staje się białym karłem aby zakończyć swój żywot jako czarny karzeł, kupa złomu krążąca po ogromie Kosmosu. Jeżeli gwiazda ma masę między 1.4 a 3 mas Słońca wtedy zapadanie się następuje gwałtownie. W ciągu ułamka sekundy gwiazda kurczy się do rozmiarów ok. 10 km. Powstaje gwiazda neutronowa i powstaje zjawisko, które nazywamy supernowa. Natężenie wybuch ma siłę 100 milionów jasności Słońca. Dla gwiazd o masie większej niż 3 masy Słońca koniec jest jeszcze bardziej gwałtowny i tragiczny. Gdy dojdzie do zapaści takiej gwiazdy dzieje się to tak szybko, że nic nie zdoła powstrzymać tego procesu sprężania do tak małej objętości i tak dużej gęstości, że powstałe pole grawitacyjne jest tak duże, że jądro gwiazdy staje się czarną dziurą. Światło nie może opuścić tego obszaru czyli jest on dla nas niewidoczny. Kwazary - niby gwiazdy Pulsary