Na stope hviezdneho prachu Max-Wissen
NA CESTE HVIEZDNEHO PRACHU
Sme z hviezdneho prachu. Dozviete sa to od Klausa Blauma, riaditeľa Inštitútu pre jadrovú fyziku Maxa Plancka v Heidelbergu. Skúma, ako sa tvoria ťažké prvky vo hviezdach. Vedecky sa tomu hovorí „nukleosyntéza“. Tu sa nachádza latinské slovo jadro pre „nucleus“, teda atómové jadro, a grécke slovo syntéza na „stavbu“. Keď bola naša planéta formovaná pred 4,6 miliardami rokov, veľa prvkov skutočne prišlo na Zem ako hviezdny prach.
Keby sme chemické prvky, z ktorého je vyrobené naše telo, by mohlo vážiť osobitne, určili by sme nasledujúce: Po prepočítaní na našu váhu sa skladáme z približne 56 percent kyslíka, 28 percent uhlíka, deviatich percent vodíka, dvoch percent dusíka a 1,5 percenta vápnika a stopových prvkov. Všetky tieto prvky pochádzajú z hviezd, iba vodík má inú minulosť. Najľahší chemický prvok vznikol krátko po Veľkom tresku pred 13,8 miliardami rokov. Takže keď sa nás niekto opýta na náš vek, môžeme oprávnene odpovedať, že sme o deväť percent skoro starší ako vesmír. Zvyšných 91 percent je mladších - stále sú však miliardy rokov staré.
Veľký tresk taktiež vytvoril niektoré hélium a lítium vo vesmíre, prvky číslo dva a tri v periodickej tabuľke. Všetky ťažšie prvky vznikajú výlučne vo hviezdach, niektoré dokonca iba v agónii. Hviezdy veľké ako naše slnko sa rozfúkavajú a vytvárajú červeného obra. Nakoniec odhodili svoj vonkajší plášť a ich vnútro sa zrútilo do bieleho trpaslíka. Väčšie hviezdy s najmenej ôsmimi hmotami Slnka končia ešte dramatickejšie. Explodujú v supernove, ktorej extrémna horúčava plodí ťažké prvky. Tieto prvky vrhajú do vesmíru okrem iného ako hviezdny prach. Zostáva veľmi malá neutrónová hviezda, v ktorej je hmota extrémne stlačená (titulná fotka).
Umieranie hviezd
Hviezdy väčšinu svojej existencie spotrebovávajú svoje obrovské zásoby vodíka. Napríklad v jadre slnka je teplota okolo 15 miliónov stupňov. V obrovskom teple atómy strácajú všetky elektróny a zo svetelného vodíka zostávajú iba jednotlivé protóny ako holé atómové jadrá. Gigantický tlak 200 miliárd zemských atmosfér stláča tieto protóny tak pevne, že sa navzájom neustále búšia. Pritom štyri protóny pravidelne fúzujú a vytvárajú jadro hélia (pozri TECHMAX 9). Hélium je teda čiastočne hviezdicový popol, ďalšia časť pochádza ako vodík z veľkého tresku.
Slnko každú sekundu spája okolo 564 miliónov ton vodíka s 560 miliónmi ton hélia. Každú sekundu teda stratí štyri milióny ton hmoty, čo je zhruba ekvivalent Mount Everestu. Slávny príbeh Alberta Einsteina popisuje, čo sa deje v tomto procese E. = mc 2. Tento vzorec hovorí, že hmotnosť a energia sú dve strany jednej mince. Hmotu je možné premeniť na energiu a naopak. Prvé sa dejú vo hviezdach a zohrievajú ich. Protitlak horúceho plynu zabraňuje zrúteniu hviezdy pod jej vlastnou obrovskou gravitačnou silou.
To je dôvod, prečo sa hviezda stáva nestabilnou, akonáhle sa vyčerpá zásoba vodíka. V gravitačnom lise je jeho vnútorné jadro teplejšie a hustejšie. Pri teplote okolo 100 miliónov stupňov sa „héliový plameň“ vznieti: Stabilizuje nafúknutú hviezdu na niekoľko miliónov rokov. „Dve jadrá hélia fúzujú a vytvárajú jadro berýlia,“ vysvetľuje Klaus Blaum, „a to s tretím jadrom hélia a vytvára uhlíkové jadro.“ Čím ďalej hviezdy hynú, tým ťažšie sa tvoria atómové jadrá. „To ide až k železu,“ vysvetľuje jadrový fyzik, „to je koniec.“
Železné jadrá sú obzvlášť stabilné a znamenajú bod obratu. Ak sa majú pomocou fúzie vytvoriť ešte ťažšie prvky, musí sa pridať veľa energie. Pretože fúzia spotrebuje energiu nad železom namiesto toho, aby ju uvoľnila. Preto sa príroda vydá inou cestou s ťažšími živlami a je ich veľa. Železo je koniec koncov iba 26. z viac ako 90 prirodzene sa vyskytujúcich prvkov v Periodická tabuľka. Ako však vznikajú všetky ťažšie prvky? Napríklad zlato? Pri hľadaní odpovedí spolupracuje tím Heidelberg s astrofyzikmi. Zameriavajú svoje ďalekohľady na hviezdy a majú nadhľad. Na druhej strane jadroví fyzici „pozerajú“ do najmenších atómových jadier - tieto komplexné experimenty sú akýmsi super mikroskopom a prebiehajú pri veľkých urýchľovačoch častíc.
Do Nukleosyntéza Aby sme to pochopili, musíme sa ponoriť do fyziky atómových jadier. Znalosti o presnej vnútornej štruktúre atómových jadier majú stále prekvapivé množstvo medzier. Dôvod: čím väčšie je atómové jadro, tým zložitejšie „mnohočasticové systémy“ tvoria z mnohých protónov a neutrónov.