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 jeden z nejdůležitějších procesů v celém vesmíru – hvězdná nukleosyntéza (anglicky stellar nucleosynthesis), tedy 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 — o tom bude celý příští díl.

Proč jsme vyrobeni z hvězdného popela

Toto je jeden z nejkrásnějších faktů celého seriálu:

• 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.“

Rozdíl oproti primordiální nukleosyntéze

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 – o tom bude řeč v příštím díle.

Co se děje dál

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. Ale prvky těžší než železo — zlato, uran a další — vznikají až v explozích supernov a srážkách neutronových hvězd. K tomu se vrátíme v dalším díle.