基本的に私自身のアウトプット練習帳です。
申し訳ありませんが、間違いがあったら指摘をお願いします。
宇宙の生成以降に恒星の中で作られ、超新星爆発によって吐き出されたのが重い原子
それでは、重い原子である酸素や炭素etc.はどうやってできたのだろうか？
①恒星の中で起こる反応なので、"狭い範囲"・"高エネルギー"という条件が満たされ、原子の運動と核反応がおこり易い
②核融合によって生成されたより重い原子は恒星の中心の方へ溜まり、ある程度の濃度になったら恒星のより外側を運動している水素原子より先に中心近くにあるヘリウム原子の核融合の方が先に行われる
以降の原子についても同様の結果が繰り返される
③恒星の中身は一番外側が水素、その内側がヘリウム、さらにその内側がベリリウム・・・というようにちょうど玉ねぎのような状態が出来上がる
④核融合の結果生成された物が超新星爆発で宇宙に吐き出される
軽い原子の生成の記事の中で「ベリリウムは生存時間が短いため核融合がなされる機会が少なく、炭素以降の原子が作られる可能性が低い」という事を書いたのだが、重い原子の生成の際その条件はクリアできているのだろうか？
軽い原子と重い原子の生成の前提で異なる部分は原子が運動する範囲にある。
軽い原子･･･ビッグバン発生後なので膨張する宇宙全体(範囲自体は広がり続けている)
重い原子・・・超新星爆発を起こす前の恒星の中
前者は後者より運動範囲が広いことが解る。
また、後者は中心に核となる物質がありその重力によって周りの物質が引き付けられるためやはり運度範囲は限定される。
また、恒星の誕生の際に発生した高い熱エネルギーがありそれによって原子が高速の運動ができる状況でもある。
それでは運動範囲が限定され、原子が盛んに運動するとベリリウムにどのような変化が起こるのだろうか？
基本、ベリリウムの性質(生成後数秒で崩壊する事)は変わらない。
ただし、ベリリウムが定常的に存在する状況が発生する。
幼稚園の運動場で遊んでいる子供達を想像すると解り易いと思うのだが、狭い範囲で元気に運動する子がたくさんいると"ここにはついさっきはＡ君がいたのにちょっと後にはＢちゃんがいる"という状況と同じ状況。
なので、自然とヘリウムとベリリウムが衝突する可能性も高くなる。
これによって炭素以降の原子も生成されるようになる。
基本的に私自身のアウトプット練習帳です。
申し訳ありませんが、間違いがあったら指摘をお願いします。
・宇宙の生成のタイミングで一緒に生成されたのが軽い原子
基本的に宇宙の初期は物質が高熱高密度で存在するため、原子核同士の核融合が進みやすい状態(融合対象のモノが近くにある可能性が高く、かつ核融合するための運動エネルギーを持っている可能性も高いため)
ここで、普通に考えると鉄というエネルギー状態が一番安定した物質まで原子核まで融合が進みそう・・・
--------- 安定した原子"鉄"の解説(ここから)-----------------
ご存知のとおり通常核融合が行われると融合後の質量が融合前の質量より少なくなる。この差分はエネルギーとして放出されている。
という事は、「融合後の状態の方が融合前の状態より安定的で放出した分だけ静止エネルギーが少なくても安定を保っていられる。」という事が解る。
また、ウラン等の元素番号の大きい原子は核分裂を繰り返す事でエネルギーの放出を行う。
これについても、↑と同じ理由で「分裂後の状態の方が分裂前の状態より安定的で放出した分だけ静止エネルギーが少なくても安定を保っていられる。」という事が解る。
周期表の中程にある鉄という原子は一番安定な状態(静止エネルギーが最小???)なため、核融合を起こすにも核分裂を起こすにもエネルギーを他から吸収する必要がある。
よって、原子は安定な状態を好むため"鉄"の状態になると核融合も核分裂も進まない。
--------- 安定した原子"鉄"の解説(ここから)-----------------
実際の初期宇宙ではベリリウムまでしかない
この理屈との差異を埋めるのは何か？
その答えはベリリウムの存在時間にある。
ベリリウムは極めて短い時間しか存在しないため、次の原子を作るための核融合が難しい。
そのため、例え核融合が起こり易い環境が整えられていてもベリリウム以降の原子はほとんど生成されない。
結局、核融合のブレーキとなるベリリウムまでが"軽い原子"とされている。
(蛇足)
"宇宙にある原子がほとんど水素とヘリウムである(暗黒物質は除く)ことの理由も↑から"らしい