Universets ting bliver ved med at ændre sig

Universets sammensætning - de elementer, der er byggestenene for hver eneste del af stof - er i konstant forandring og konstant udvikling, takket være stjernernes liv og død.

En oversigt over, hvordan disse elementer dannes, når stjerner vokser og eksploderer og falmer og smelter sammen, er beskrevet i en oversigtsartikel, der blev offentliggjort 31. januar i tidsskriftet. Videnskab .

"Universet gennemgik nogle meget interessante ændringer, hvor det periodiske system – det samlede antal grundstoffer i universet – pludselig ændrede sig meget, sagde Jennifer Johnson, en professor i astronomi ved Ohio State University og artiklens forfatter.

"I 100 millioner år efter Big Bang, der var intet andet end brint, helium og lithium. Og så begyndte vi at få kulstof og ilt og rigtig vigtige ting. Og nu, vi er lidt i glansdagene med at befolke det periodiske system."

Det periodiske system har hjulpet mennesker med at forstå universets grundstoffer siden 1860'erne, da en russisk kemiker, Dmitri Mendeleev, erkendt, at visse grundstoffer opførte sig på samme måde kemisk, og organiserede dem i et diagram – det periodiske system.

Det er kemiens måde at organisere elementer på, hjælper videnskabsmænd fra folkeskolen til verdens bedste laboratorier med at forstå, hvordan materialer rundt om i universet hænger sammen.

Men, som videnskabsmænd længe har vidst, det periodiske system er kun lavet af stjernestøv:De fleste grundstoffer i det periodiske system, fra det letteste brint til tungere grundstoffer som lawrencium, startede i stjerner.

Bordet er vokset i takt med at nye elementer er blevet opdaget - eller i tilfælde af syntetiske elementer, er blevet skabt i laboratorier rundt om i verden – men det grundlæggende i Mendeleevs forståelse af atomvægt og universets byggesten har holdt stik.

Nukleosyntese - processen med at skabe et nyt element - begyndte med Big Bang, omkring 13,7 milliarder år siden. De letteste grundstoffer i universet, brint og helium, var også de første, resultaterne af Big Bang. Men tungere grundstoffer - næsten alle andre grundstoffer i det periodiske system - er i høj grad produkter af stjerners liv og død.

Johnson sagde, at højmassestjerner, inklusive nogle i stjernebilledet Orion, omkring 1, 300 lysår fra Jorden, smelter elementer meget hurtigere end stjerner med lav masse. Disse grandiose stjerner smelter brint og helium sammen til kulstof, og omdanne kulstof til magnesium, natrium og neon. Højmassestjerner dør ved at eksplodere i supernovaer, frigivelse af elementer – fra ilt til silicium til selen – ud i rummet omkring dem.

Mindre, stjerner med lav masse – stjerner på størrelse med vores egen sol – smelter brint og helium sammen i deres kerne. Det helium smelter så sammen til kulstof. Når den lille stjerne dør, den efterlader en hvid dværgstjerne. Hvide dværge syntetiserer andre elementer, når de smelter sammen og eksploderer. En eksploderende hvid dværg kan sende calcium eller jern ned i afgrunden omkring den. Sammensmeltning af neutronstjerner kan skabe rhodium eller xenon. Og fordi, som mennesker, stjerner lever og dør på forskellige tidsskalaer – og fordi forskellige grundstoffer produceres, når en stjerne går gennem sit liv og død – ændrer sammensætningen af ​​elementer i universet sig også over tid.

"En af de ting, jeg bedst kan lide ved dette, er, hvordan det kræver flere forskellige processer for stjerner at lave grundstoffer, og disse processer er interessant fordelt over det periodiske system, " sagde Johnson. "Når vi tænker på alle elementerne i universet, it is interesting to think about how many stars gave their lives—and not just high-mass stars blowing up into supernovae. It's also some stars like our Sun, and older stars. It takes a nice little range of stars to give us elements."