Από πού στο Σύμπαν προέρχονται τα… βηρύλλιο και βόριο;

Ίσως να μην έχετε σκεφτεί ποτέ ιδιαίτερα για τα στοιχεία 4 και 5 του περιοδικού πίνακα. Όντας ανάμεσα σε πολύ πιο γνωστά στοιχεία (από τη μία το υδρογόνο και το ήλιο – τα κύρια δομικά στοιχεία του ορατού σύμπαντος – και το λίθιο – που όλοι έχουμε ακουστά πλέον από τις μπαταρίες λιθίου – και από την άλλη τον άνθρακα, το άζωτο, και το οξυγόνο – βασικά συστατικά της ζωής), οι εφαρμογές τους στην καθημερινότητά μας είναι σπάνιες. Το βηρύλλιο, ως το ελαφρύτερο ανθεκτικό μέταλλο (το λίθιο είναι ελαφρύτερο, αλλά υπερβολικά μαλακό), χρησιμοποιείται κυρίως στην αεροδιαστημική βιομηχανία, ενώ το βόριο είναι πιο συνηθισμένο σε προϊόντα καθαρισμού αφού αποτελεί συστατικό λευκαντικής ουσίας. 

Η σπανιότητά τους δεν είναι, όμως, μόνο αποκύημα των περιορισμένων εφαρμογών τους. Είναι πραγματικά σπάνια, σε σχέση με κοντινά στοιχεία τους στον περιοδικό πίνακα, για λόγους φυσικής. Κάθε στοιχείο έχει μία ιδιότητα που ονομάζεται ενέργεια δέσμευσης. Αυτή είναι η ελάχιστη ενέργεια που απαιτείται για να διασπαστεί στα νουκλεόνια (πρωτόνια και νετρόνια) από τα οποία συνίσταται. Όσο μεγαλύτερη είναι αυτή η ενέργεια, τόσο σταθερότερος είναι ο πυρήνας ενός στοιχείου. Μεγάλοι πυρήνες με χαμηλή ενέργεια δέσμευσης, όπως το ουράνιο, έχουν την τάση να διασπώνται (πυρηνική σχάση) ώστε να καταλήξουν σε μικρότερους πυρήνες με υψηλότερη ενέργεια δέσμευσης. Αντίθετα, μικροί πυρήνες με χαμηλή ενέργεια δέσμευσης, όπως το υδρογόνο, έχουν την τάση να συνενώνονται (πυρηνική σύντηξη) ώστε να καταλήξουν σε μεγαλύτερους πυρήνες με υψηλότερη ενέργεια δέσμευσης, επειδή η ενέργεια αυτή γενικά αυξάνεται μέχρι τον σίδηρο και μετά πέφτει για μεγαλύτερους πυρήνες (Εικόνα 2). 

Τρία στοιχεία αποκλίνουν σημαντικά από αυτή την τάση. Το λίθιο, το βηρύλλιο, και το βόριο έχουν χαμηλότερη ενέργεια δέσμευσης από το ήλιο, που έρχεται πριν, και τον άνθρακα, που έρχεται μετά. Αυτό σημαίνει ότι δεν υπάρχουν αποδοτικές διαδικασίες σύντηξης που να οδηγούν σε αυτά τα στοιχεία, ενώ ακόμα και αν αυτά υπάρχουν εκ των προτέρων (όπως το λίθιο που δημιουργήθηκε κατά τη Μεγάλη Έκρηξη) εύκολα καταστρέφονται στο εσωτερικό των αστέρων. Έτσι θα περιμέναμε να είναι σπάνια, ή ίσως και ανύπαρκτα, αλλά αυτό δεν ισχύει παντού. Στην Εικόνα 3 βλέπουμε τη σχετική αφθονία διάφορων στοιχείων στο Ηλιακό μας Σύστημα και στις κοσμικές ακτίνες. Πράγματι, το λίθιο, το βηρύλλιο, και το βόριο σπανίζουν στο Ηλιακό Σύστημα, αλλά όχι και στις κοσμικές ακτίνες.

Αυτό αποτέλεσε το κλειδί για να καταλάβουμε από που προέρχονται τα δύο στοιχεία του άρθρου μας. Οι κοσμικές ακτίνες αποτελούνται από πυρήνες διάφορων στοιχείων που περιφέρονται στο Σύμπαν από, μέχρι στιγμής, άγνωστες για εμάς πηγές. Έχοντας υψηλές ενέργειες, αυτές ενίοτε συγκρούονται με διαστρικό (ή και διαγαλαξιακό) αέριο. Αυτό μπορεί να οδηγήσει σε θρυμματισμό (spallation) των πυρήνων, κατά τον οποίο κόβονται κομμάτια τους λόγω της υψηλής ενέργειας που εκλύεται κατά τη σύγκρουση, ανεξάρτητα από το αν αυτό θα οδηγήσει σε πυρήνες με υψηλότερη ενέργεια δέσμευσης ή όχι. Έτσι, δημιουργούνται μεγάλες ποσότητες από βηρύλλιο και βόριο (και λίθιο), τα οποία διαχέονται έτσι σε όλο το Σύμπαν.

Όποτε λοιπόν τύχει να συναντήσετε κάτι που να περιέχει βηρύλλιο ή βόριο, σκεφτείτε ότι τα άτομά του προήλθαν από μεγαλύτερους πυρήνες που διέτρεχαν τα σκοτεινά βάθη του διαστήματος με ταχύτητες κοντά στην ταχύτητα του φωτός, μέχρι που βρήκαν απότομα ένα βίαιο τέλος. Αυτά είναι τα απομεινάρια τους.