Από πού στο Σύμπαν προέρχεται το… οξυγόνο;

Το οξυγόνο είναι το τρίτο πιο κοινό στοιχείο στο Ηλιακό μας Σύστημα, το δεύτερο πιο κοινό στοιχείο στην ατμόσφαιρα της Γης, και το πιo κοινό στοιχείο στον φλοιό της, δεσμευμένο σε διάφορα πετρώματα. Το χρειαζόμαστε για να αναπνέουμε, οπότε είναι χρήσιμο να υπάρχει τριγύρω μας. Από που, όμως, προήλθε;

Όταν ένας αστέρας μετατρέπεται σε ερυθρό γίγαντα¹, το ήλιο στο κέντρο του μετατρέπεται σε άνθρακα σύμφωνα με τη διαδικασία τρία-άλφα. Αλλά η διαδικασία δε σταματά εκεί. Ακόμα και στους μικρότερους ερυθρούς γίγαντες η θερμοκρασία στο εσωτερικό τους γίνεται αρκετά υψηλή ώστε ο άνθρακας να μπορεί να ενώνεται με έναν επιπλέον πυρήνα ηλίου, σχηματίζοντας οξυγόνο. Για αυτό και οι τυπικοί λευκοί νάνοι που προκύπτουν από αυτή τη διαδικασία καταλήγουν να περιέχουν ένα μίγμα άνθρακα και οξυγόνου². Σε μικρούς και μεσαίους ερυθρούς γίγαντες το οξυγόνο μένει παγιδευμένο κατά αυτό τον τρόπο στο εσωτερικό τους, αλλά οι μεγάλοι ερυθροί γίγαντες καταλήγουν σε έκρηξη υπερκαινοφανούς (τύπου ΙΙ), οπότε το οξυγόνο (όπως και άλλα στοιχεία) εκτινάσσεται στο διάστημα. Έτσι εκτιμάται ότι προκύπτει σχεδόν όλο το οξυγόνο στο Σύμπαν, συμπεριλαμβανόμενου αυτού από το οποίο σχηματίστηκε το Ηλιακό μας Σύστημα και, κατά επέκταση, η Γη. Αλλά αυτή δεν είναι η μόνη πηγή προέλευσής του.

Από τη σύντηξη άνθρακα και ηλίου (που ονομάζεται διαδικασία άλφα, όπως και η σύντηξη ηλίου με μεγαλύτερους πυρήνες) προκύπτει το ισότοπο οξυγόνο-16, με οκτώ πρωτόνια και οκτώ νετρόνια. Αυτό είναι μακράν το πιο κοινό ισότοπο, αλλά δεν είναι το μόνο που παρατηρούμε στο Ηλιακό μας Σύστημα. Υπάρχει και το οξυγόνο-17 που προκύπτει από τον κύκλο CNO, παράλληλα με το άζωτο, κατά τη φάση κύριας ακολουθίας του αστέρα, όταν δηλαδή αυτό ακόμα καίει υδρογόνο. Αυτό μπορεί να διαφεύγει σε χαμηλής μάζας ερυθρούς γίγαντες μέσω αστρικού ανέμου (όπως ο άνθρακας) ή σε εκρήξεις καινοφανούς (nova) από λευκούς νάνους, όπως το λίθιο, αλλά καθώς προέρχεται από το ενδιάμεσο στάδιο μίας ούτως ή άλλως ασυνήθιστης παραλλαγής του κύκλου CNO, η ποσότητά του είναι πολύ μικρή σε σχέση με το οξυγόνο-16. Το οξυγόνο-18 προκύπτει από συγκρούσεις αζώτου-14, που έχει προέλθει και αυτό από τον κύκλο CNO, με πυρήνες ηλίου στις εξωτερικές ζώνες μαζικών αστέρων όταν έχει ξεκινήσει η καύση ηλίου εκεί.

Οπότε, με εξαίρεση το σχετικά σπάνιο οξυγόνο-17, το οξυγόνο μας χρειάστηκε μεγάλου μεγέθους αστέρες για τη δημιουργία του.

1. Ερυθρός γίγαντας αποκαλείται ένας αστέρας που έχει εξαντλήσει το υδρογόνο στο εσωτερικό του, οπότε καίει πλέον ήλιο και διογκώνεται. Τότε τα εξωτερικά του στρώματα γίνονται πιο ψυχρά και κοκκινωπά.  ↩︎
2. Αστέρες πολύ μεγάλης μάζας (7 με 9 φορές τη μάζα του Ήλιου) μπορεί να καταρρεύσουν σε λευκούς νάνους από οξυγόνο και νέον (και ίσως μαγνήσιο), ενώ αστέρες πολύ μικρής μάζας ενδέχεται να καταρρέουν σε λευκούς νάνους από ήλιο. Αλλά οι τυπικοί λευκοί νάνοι περιέχουν άνθρακα και οξυγόνο. ↩︎