10. Reakce probíhající ve vesmíru
Nukleogeneze ve vesmíru
„Velký třesk“
 došlo k němu cca před 10 – 15 miliardami let (“13,7“ mld let)
 hmota a energie vesmíru byla soustředěna v jednom místě o obrovské hustotě,
1096 g cm-3
 hmota sestávala z protonů, neutronů, elektronů, pozitronů různých typů
neutrin a fotonů
 mezi těmito částicemi převládaly slabé interakce
n +   p + en
+ e+  p + antineutrino
n  p + e- + antineutrino
1
Průběh:
1. jádra se ihned rozpadala účinkem vysoce energetických fotonů
2. poměr mezi počty fotonů a baryonů …109, tento stav trval zlomek sekundy
3. nastala exploze a s následnou expanzí hmoty do vesmíru
4. hmota se začala ochlazovat, rychlost slabých interakcí se zmenšovala, až
byla menší než rychlost rozpínání vesmíru
5. neutrina přestala být v rovnováze s ostatními částicemi od okamžiku, kdy teplota
klesla na cca 1010 K, se neutrina volně šířila prostorem a neúčastnila se interakcí
(tj. omezily se slabé interakce, zvláště pak ad 3)
6. dochází k anihilaci elektronů a pozitronů
7. zůstalo jen tolik elektronů, kolik jich bylo potřeba k neutralizaci náboje protonů
 proces ad 3) se stal nevratným a poměr mezi počtem neutronů a protonů se
ustálil na hodnotě n : p = 1 : 7
2
Primordiální nukleosyntéza
 nastává několik minut po velkém třesku (T ~ 109 K)
 začíná se tvořit deuterium
 následují další jaderné reakce
 vznik těžších jader nebyl možný, neboť i nadále klesá teplota (T ~ 108 K) a klesá
hustota hmoty
 další expanze vesmíru vede ke vzniku vesmírného plynu
 (T ~ 10 K, hustota cca 10-13 g/cm-3)
 tento vesmírný plyn (převážně 4He a protony, málo deuteria a tritia) zaplňuje
vesmír
 v místech, kde se fluktuací zvětšuje hustota hmoty se po cca 107 – 109 let
začíná hmota gravitací koncentrovat  zárodky galaxií a hvězd
 při gravitačním smršťování se začíná hmota zahřívat (T ~ 107 K, hustota cca
100 g cm-3) – další stadium nukleogeneze
H(p,)3He
3H(d,n)4He
2H(n,)3H
3He(d,p)4He
2H(d,p)3H 3He(3He,2p)4He
2H(d,n)3He
n + p  2H + 
3
ppII
spalování vodíku na helium probíhá v cyklech, uvolňuje se přitom velké množství energie, které
brání dalšímu gravitačnímu smršťování
 proton-protonový cyklus ppI
 proton-protonový cyklus
 spalování helia
 při dalším smršťování hvězdy roste teplota a hustota hmoty
 při teplotě 1,5.108 K se začíná spalovat helium
p(p,e+)d(p,)3He(3He,2p)4He 26,2 MeV
p(p,e+)d(p,)3He(4He,)7Be(e-,)7Li(p,4He)4He
4He + 4He  8Be (velmi nestálé jádro 10-16s) 8Be + 4He  12C
4He  16O + 
4
Vznik hvězd první generace
12C +
 spalování vodíku v CNO cyklu
 je umožněno existencí izotopů uhlíku a kyslíku
 probíhá i v současnosti např. na Slunci
cyklus zastoupení (%)
ppI 85
ppII 14
CNO 1,5
5
nukleosyntéza probíhá v nitru hvězd, které jsou 8-30x větší než Slunce:
spalování kyslíku při teplotách >1,50.109 K spalování křemíku při teplotách ~ 3.109 K
20Ne(,)16O
20Ne(,)24Mg
16O + 16O  31P + p
31S + n
28Si + 
28Si +   27Al + p
27Si + n
24Mg + 
 exoergické reakce mezi lehkými jádry probíhající za vysokých teplot ( 107 K)
 vznikají jádra těžší s vyšší střední vazebnou energií
 hmota se nachází ve stavu plazmatu (volná atomová jádra a volné elektrony)
 kinetická energie částic je natolik velká, že stačí k překonání potenciálové bariéry a
k reakcím jader při vzájemných srážkách
12C + 12C  23Na + p
20Ne + 
24Mg + 
spalování neonu při teplotách 1,0-1,50.109 Kspalování uhlíku při teplotách 0,5-1,0.109 K
6
Vznik těžších nuklidů