Από πού στο Σύμπαν προέρχονται τα στοιχεία από το νέον μέχρι το αργίλιο;

Μετά το φθόριο ακολουθούν τέσσερα ετερόκλητα στοιχεία στον περιοδικό πίνακα (Εικόνα 1). Το νέον (Ne) είναι ένα ευγενές αέριο που μας είναι γνωστό κυρίως από φωτεινές επιγραφές, όπου παράγει ένα έντονο πορτοκαλοκόκκινο φως. Το νάτριο (Na) μας είναι γνωστό κυρίως από τη κρυσταλική του ένωση με το χλώριο, που είναι το κοινό μας αλάτι. Το μαγνήσιο (Mg) είναι σημαντικό ιχνοστοιχείο για την ανθρώπινη διατροφή, αλλά και σημαντικό βιομηχανικό μέταλλο. Το αργίλιο (Al) μας είναι περισσότερο γνωστό με ένα άλλο όνομα, σαν μέταλλο που χρησιμοποιούμε σε αυτοκίνητα και αεροπλάνα αλλά και κουτιά αναψυκτικών: το αλουμίνιο. Αυτό που έχουν κοινό είναι όχι μόνο η σειρά κατάταξής τους στον περιοδικό πίνακα αλλά και ο τρόπος παραγωγής τους στο Σύμπαν!

Μετά από τα πρώτα εννιά στοιχεία, η δημιουργία βαρύτερων πυρήνων ακολουθεί ορισμένες απλές αρχές. Τα στοιχεία με ζυγό ατομικό αριθμό (νέον, μαγνήσιο, πυρίτιο, θείο, αργόν, ασβέστιο, κλπ.) παράγονται είτε με την πρόσληψη ενός πυρήνα ηλίου από το αμέσως προηγούμενο, ζυγού ατομικού αριθμού, στοιχείο (αυτή είναι η λεγόμενη διαδικασία άλφα), είτε από την «καύση» μικρότερων πυρήνων, με τη σύντηξη δηλαδή ίδιων ατόμων (άνθρακα, οξυγόνου, ή νέου) μεταξύ τους. Έτσι, το νέον μπορεί να παραχθεί είτε από οξυγόνο και ήλιο είτε από δύο άτομα άνθρακα, καθώς και οι δύο αντιδράσεις είναι εξώθερμες¹ (Εικόνα 2).

 Στη δεύτερη αντίδραση της Εικόνας 2 η καύση άνθρακα παράγει νέον-20 και έναν πυρήνα ηλίου, οπότε ξεκινάμε και καταλήγουμε με στοιχεία ζυγού ατομικού αριθμού. Αλλά αυτό δεν ισχύει πάντα. Η καύση άνθρακα μπορεί να παράξει, εναλλακτικά και λιγότερο συχνά, νάτριο-23 μαζί με ένα πρωτόνιο. Το μαγνήσιο προκύπτει, αντίστοιχα, με καύση οξυγόνου. Αν, όμως, υπάρχουν ελεύθερα πρωτόνια ή νετρόνια, αυτά μπορεί να απορροφηθούν από πυρήνες μαγνησίου που θα μετατραπούν έτσι σε αργίλιο. Έτσι παράγονται τα στοιχεία μονού ατομικού αριθμού, αλλά σε πολύ μικρότερη αφθονία από τα παραπλήσια με ζυγό ατομικό αριθμό (Εικόνα 3).

Πού συντελούνται, όμως, αυτές οι αντιδράσεις; Σε υπερκαινοφανείς, αλλά σε συγκεκριμένα είδη υπερκαινοφανών. Η κατηγοριοποίηση υπερκαινοφανών είναι λίγο περίεργη: έγινε με βάση το τι βλέπουμε, και όχι με το πως προκύπτουν, και αυτό αντανακλάται στις ονομασίες τους. Οι τύπου Ia βασίζονται σε έναν μηχανισμό, και οι τύπου Ib, Ic, και II σε άλλον. Οι τρεις τελευταίοι ονομάζονται, συλλογικά, υπερκαινοφανείς κατάρρευσης πυρήνα.

Οι υπερκαινοφανείς κατάρρευσης πυρήνα προκύπτουν από αστέρες υψηλής μάζας (τουλάχιστον 8 φορές τη μάζα του Ηλίου για τύπου ΙΙ, πολύ περισσότερο για τύπου Ib και Ic) που, όταν γίνονται ερυθροί γίγαντες, αναπτύσσουν αρκετά μεγάλη θερμοκρασία στο εσωτερικό τους για σύντηξη άνθρακα και οξυγόνου. Η διαδικασία γίνεται πολύ γρήγορα, μέχρι που ο πυρήνας καταλήγει σε σίδηρο, οπότε δεν παράγει πια πίεση ακτινοβολίας και καταρρέει βαρυτικά. Τα κρουστικά κύματα που παράγονται από αυτή την κατάρρευση είναι τόσο ενεργητικά που προκαλούν σύντηξη στα εξώτερα στρώματα του αστέρα, όσο αυτά εκτινάσσονται προς τα έξω. Αυτό ευνοεί τη δημιουργία στοιχείων χαμηλότερης μάζας, κυρίως από νέον μέχρι ασβέστιο.

Έτσι λοιπόν αυτά τα τέσσερα στοιχεία προέρχονται από μεγάλους αστέρες κατά το εντυπωσιακό σπάραγμα θανάτου τους.

1. Μία αντίδραση είναι εξώθερμη όταν το τελικό της αποτέλεσμα έχει χαμηλότερη εσωτερική ενέργεια από τα αρχικά συστατικά της, οπότε εκλύει ενέργεια στο περιβάλλον. Στην αντίθετη περίπτωση είναι ενδόθερμη, οπότε λαμβάνει συνεχώς ενέργεια από το περιβάλλον που δεν αποδίδει πίσω και έτσι δεν μπορεί να συντηρηθεί το ίδιο εύκολα. ↩︎