Ποιο είναι το βαρύτερο στοιχείο που έχει δημιουργηθεί μέσω της σύντηξης σε αστέρι;

Το βαρύτερο σταθερό στοιχείο που παράγεται στα κέντρα των αστεριών μέσω σύντηξης είναι ο σίδηρος Fe με 26 πρωτόνια και 30 νετρόνια. Γιατί όμως σταματά εκεί, εφόσον υπάρχουν τόσα πολλά βαρύτερα στοιχεία; Η απάντηση έχει να κάνει με μια συγκεκριμένη ιδιότητα του σιδήρου.

Οι πυρήνες των ατόμων αποτελούνται από πρωτόνια και νετρόνια. Τα πρωτόνια είναι θετικά φορτισμένα γι’ αυτό απωθούνται μέσω της ηλεκτροστατικής δύναμης. Όταν όμως πλησιάσουν σε πολύ κοντινή απόσταση, μια άλλη δύναμη αναλαμβάνει: η ισχυρή πυρηνική δύναμη που δεσμεύει τα πρωτόνια και τα νετρόνια στους πυρήνες. Αυτές οι δύο αντίθετες δυνάμεις, ανάλογα με το ποια επικρατεί, δείχνουν πόσο σταθερός είναι ο πυρήνας. Όσο πιο σταθερός είναι ένας πυρήνας τόσο περισσότερη ενέργεια χρειάζεται για να διασπαστεί. Στη κορυφή αυτής της σταθερότητας βρίσκεται ο σίδηρος. Έτσι αν ξεκινήσουν αντιδράσεις σύντηξης απο ελαφρύτερα στοιχεία σε βαρύτερα, μέχρι να παραχθεί ο σίδηρος λαμβάνουμε ενέργεια. Για να συνεχιστεί όμως η σύντηξη στοιχείων βαρύτερων του σιδήρου, απαιτείται ενέργεια αφού τα επόμενα στοιχεία είναι λιγότερο σταθερά (από αυτά θα παίρναμε ενέργεια αν είχαμε σχάση προς το σίδηρο).

Με βάση αυτήν την ιδιότητα του σιδήρου, μπορούμε να εξετάσουμε πλέον γιατί σταματά σε αυτόν η σύντηξη σε ένα αστέρι. Ένα αστέρι αποτελείται κυρίως από υδρογόνο. Στο κέντρο του αναπτύσσονται τέτοιες συνθήκες πίεσης και θερμοκρασίας (εκατομμύρια βαθμοί Κελσίου), που οι πυρήνες υδρογόνου (δηλαδή τα πρωτόνια) ξεπερνούν τις απωστικές δυνάμεις μεταξύ τους και συντήκονται σε πυρήνες ηλίου, παράγοντας ενέργεια. Αυτή η ενέργεια διατηρεί την εσωτερική πίεση του άστρου και το αποτρέπει από το να καταρρεύσει. Όταν στο κέντρο του αστεριού καταναλωθεί το μεγαλύτερο μέρος του υδρογόνου, τότε σταματούν οι πυρηνικές αντιδράσεις και αυτό αρχίζει να καταρρέει προς το κέντρο, αυξάνοντας τώρα περισσότερο την πίεση και τη θερμοκρασία μέχρι να αρχίσει η σύντηξη του ηλίου, και σταδιακά των βαρύτερων πυρήνων (όσο περισσότερα τα πρωτόνια στους πυρήνες, τόσο δυσκολότερα συντήκονται λόγω απωστικών δυνάμεων και χρειάζονται περιβάλλον μεγαλύτερης θερμοκρασίας και πίεσης). Αν το αστέρι είναι αρκετά μεγάλης μάζας, αυτές οι αντιδράσεις σύντηξης που παράγουν ενέργεια συνεχίζονται μέχρι να παραχθεί σίδηρος. Όταν γίνει αυτό, σταματά πλέον η παραγωγή ενέργειας, αφού η περαιτέρω σύντηξη θα είχε ως αποτέλεσμα την απορρόφηση της. Αφού δεν υπάρχει τίποτα πια να το κρατήσει, το αστέρι γίνεται ασταθές και καταρρέει με τέτοιο απότομο και καταστροφικό τρόπο που τελικά εκρήγνυται ως σουπερνόβα. Το τι συμβαίνει μετά όμως είναι μια άλλη ιστορία, μια άλλη καλή ερώτηση.

(Απλοϊκή) απεικόνιση της διατομή ενός γερασμένου, μαζικού αστέρα, με τα στοιχεία που επικρατούν σε κάθε φλοιό. Image Credit: Wikipedia/R. J. Hall