Kronika Vesmíru (6) – Fúze v jádrech hvězd

Po skončení kosmické temné éry a reionizaci vesmír konečně svítí. První obří hvězdy Populace III už vybuchly jako supernovy a rozmetaly do mezihvězdného prostoru první těžší prvky. Teď už vesmír není jen vodík a helium – začíná se chemicky obohacovat a hvězdy Populace II a I mají k dispozici nový materiál.

Právě v jádrech těchto hvězd probíhá hvězdná nukleosyntéza (anglicky stellar nucleosynthesis), jaderná syntéza v hvězdách.

Jak hvězdy vaří prvky

Uvnitř hvězdy panují extrémní podmínky: teploty v jádru dosahují milionů až stovek milionů stupňů a tlak je miliardykrát vyšší než na Zemi. Za těchto podmínek se jádra atomů srážejí a spojují se do větších jader. Tomu říkáme jaderná fúze. Při každé takové reakci se podle Einsteinova vztahu E = mc² uvolní obrovské množství energie – právě ta hvězdu udržuje zářivou a odolává vlastní gravitaci.

Proces probíhá v několika fázích podle hmotnosti hvězdy:

• Nejprve se slučuje vodík na helium prostřednictvím proton-proton řetězce (to je hlavní fáze života hvězdy, ve které je i naše Slunce).
• Jakmile se vodík v jádru vyčerpá, hvězda se stlačí a zahřeje ještě víc. Začne “pálit” helium na uhlík a kyslík.
• V těžších hvězdách pokračuje řetězec dál: uhlík -> neon -> hořčík -> křemík -> až po železo.

Železo je konečná stanice

Když hvězda dosáhne železa v jádru, nastává problém. Železo je nejstabilnější prvek – fúze železa už nevytváří energii, ale naopak ji spotřebovává. Hvězda už nemá zdroj energie, který by odolal gravitaci. U masivních hvězd jádro během zlomku sekundy zhavaruje a hvězda exploduje jako supernova.

Jsme z hvězdného popela

• Všechen uhlík ve tvém těle vznikl v jádře hvězdy.
• Kyslík, který dýcháš, vznikl fúzí helia.
• Železo v tvé krvi vzniklo v jádře masivní hvězdy těsně před její explozí.
• Vápník ve tvých kostech, dusík v DNA – všechno pochází z hvězd.

Jak řekl Carl Sagan: “Jsme vyrobeni z hvězdného materiálu.”

Jinak než v prvních 20 minutách

Na rozdíl od prvních 20 minut po Velkém třesku (primordiální nukleosyntéza, díl 3), kde vznikly jen vodík, helium a stopy lehčích prvků, hvězdy dokážou vytvářet prvky až po železo. Všechno těžší než železo (zlato, stříbro, uran…) vznikne až při explozích supernov.

Hvězdy nejenže vytvářejí těžší prvky, ale svými explozemi je také rozmetávají do mezihvězdného prostoru. Z tohoto obohaceného plynu a prachu se pak tvoří další generace hvězd a nakonec i planety.

Naše Slunce je hvězda třetí generace. Obsahuje prvky, které vznikly v mnoha předchozích hvězdách, jež dávno vybuchly.

Vesmír se tak postupně stává chemicky bohatším a připravuje půdu pro vznik planet a života. Prvky těžší než železo – zlato, uran a další – vznikají až v explozích supernov a srážkách neutronových hvězd.