Sendu inn spurningu

Hér getur þú sent okkur nýjar spurningar um vísindaleg efni.

Hafðu spurninguna stutta og hnitmiðaða og sendu aðeins eina í einu. Einlægar og vandaðar spurningar um mikilvæg efni eru líklegastar til að kalla fram vönduð og greið svör. Ekki er víst að tími vinnist til að svara öllum spurningum.

Persónulegar upplýsingar um spyrjendur eru eingöngu notaðar í starfsemi vefsins, til dæmis til að svör verði við hæfi spyrjenda. Spurningum er ekki sinnt ef spyrjandi villir á sér heimildir eða segir ekki nægileg deili á sér.

Spurningum sem eru ekki á verksviði vefsins er eytt.

Að öðru leyti er hægt að spyrja Vísindavefinn um allt milli himins og jarðar!

=

Hvernig verða frumeindir til?

Hér er steypt saman í eitt svar svörum við mörgum tengdum spurningum. Í upphafi skal nefnt að höfundur treystir sér ekki til að svara því af hverju frumeindir, eða atóm, eru til en rakið verður hvernig þær verða til. Það varpar ef til vill einhverju ljósi á tilvistarspurninguna.

Frumeindir hafa orðið til með tvennum hætti. Annars vegar mynduðust frumeindir skömmu eftir Miklahvell, alls staðar í alheimi, og hins vegar myndast frumeindir í stjörnum, ýmist með hefðbundnum kjarnasamruna, það er bruna, í iðrum stjörnunnar eða á öllu yfirgengilegri máta, við þann atburð þegar aldurhnignar stjörnur hrynja saman og springa.

Léttustu frumefnin, vetni og helín, mynduðust skömmu eftir Miklahvell þegar heitur og þéttur alheimur kólnaði. Nokkrum sekúndum eftir Miklahvell var heimurinn orðinn nógu kaldur til að mynda frumeindakjarna helíns, samband tveggja róteinda og tveggja nifteinda. Þá var hitastigið í alheimi um 3.000.000.000°C. Það var ekki fyrr en um 400.000 árum síðar að nægilega svalt var orðið, um 3.000°C, til að róteindir gætu fangað rafeindir og myndað vetnisfrumeindina, auk þess sem helínkjarnar gátu tekið til sín tvær rafeindir svo úr varð helínfrumeind.

Eftir um fimm milljarða ára verður vetnið uppurið í kjarna sólarinnar og þá tekur hún að brenna helíninu sem hefur myndast og úr verða kolefni og súrefni. Sólin okkar ber ekki nægan þunga til að knýja bruna þyngri frumefna en helíns og mun þá ævi hennar ljúka.

Öll þyngri frumefni en vetni og helín hafa eingöngu orðið til inni í stjörnum, heljarstórum boltum úr glóandi rafgasi sem sveima um geiminn bundnar í vetrarbrautum, það er risastórum stjörnukerfum. Sólin okkar er slík stjarna og sem dæmi brennir hún í kjarna sínum vetni og býr til helín. Þá renna saman, í grófum dráttum, fjórar róteindir (vetniskjarnar) og mynda helínkjarna. Í þessu ferli verður til orka sem við sjáum sem ljós og finnum sem hita.

Eftir um fimm milljarða ára verður vetnið uppurið í kjarna sólarinnar og þá tekur hún að brenna helíninu sem þá hefur myndast og úr verða kolefni og súrefni. Sólin okkar ber ekki nægan þunga til að knýja bruna þyngri frumefna en helíns og mun þá ævi hennar ljúka. Stjörnur sem eru að minnsta kosti átta sólmassar þjarma nægilega að iðrum sínum til að þar geti þyngri frumefni orðið til. Í þessum bruna myndast helst eftirtalin frumefni í þessari röð: neon, magnesín, kísill, brennisteinn, nikkel og járn, auk hinna áðurnefndu, helíns, kolefnis og súrefnis.

Líf stjörnu er eilíf barátta við þyngdaraflið. Gashnötturinn heldur sér með því að brenna frumefnum með því móti sem lýst var. Við það losnar orka sem vermir iðrin svo þau bólgna út, á sama hátt og vatn sem sýður eykur rúmmál sitt, og þrýsta þau á móti þyngd efnisins sem hvílir á þeim. Meðan bruninn á sér stað í kjarnanum heldur stjarnan jafnvægi gagnvart þyngdaraflinu, en þegar brunanum sleppir dynja ósköpin yfir.

Hér má sjá leifar af sprengistjörnu sem kennd er við stjörnufræðinginn Jóhannes Kepler (1571-1630).

Við bruna frumefna sem eru léttari en járn losnar orka en til að brenna járni og þyngri frumefnum, þyrfti stjarnan að kosta til orku sem hvergi er að fá. Úr því stjarnan á enga orku lengur til að halda uppi massa sínum, hrynur kjarni hennar saman í einni svipan og ytri lögin þeytast út um víðan geim. Við þetta losnar gríðarleg orka, svo sprengistjarnan lýsir á við heila vetrarbraut hundrað milljarða stjarna. Í þessum hamförum geta myndast í árekstrum, öll hin frumefnin sem eru þyngri en járn, til að mynda eftirsóttir eðalmálmar eins og gull, silfur og platína, sem mörgum þykir af mikil prýði.

Stjarnvísindamenn þykjast vissir í sinni sök þegar þeir kenna sprengistjörnum um tilvist frumefna sem eru þyngri en járn. Þau myndast þegar nifteindir rekast ítrekað á þunga kjarna og bæta þannig enn á massa þeirra. Fjöldi róteinda í kjarnanum getur svo breyst með svokallaðri beta-hrörnun. Þá hrekkur frá frumeindinni rafeind og andfiseind og róteind verður til í kjarnanum á kostnað nifteindar. Þannig geta frumefnin skipt um nöfn. Menn hafa bæði kenningar sem lýsa því hvernig þetta hendir við stjörnusprenginguna og þá hafa menn fundið öll þau frumefni sem finnast í náttúrunni í leifum sprengistjarna og stemma hlutföll þeirra við spár vísindamanna.

Kjörið tækifæri til að rannsaka myndun þungra frumefna í sprengistjörnum gæti hent einhvern tíma á næsta mannsaldri, því stjörnurnar Betelgás í stjörnumerkinu Óríon og Eta Carina í Kjalarþokunni eru báðar komnar að því að springa. Líkt og bent er á í svari við spurningunni: Er nokkur fastastjarna nálægt okkur sem hefur möguleika á að verða sprengistjarna? gæti Betelgás, þegar hún springur, skinið skærar hér á jörðu en fullt tungl. Þá væri hún sem hver önnur stjarna nema miklum mun bjartari.

Heimildir:
  • Carroll, B. W. og D. A. Ostlie (2007). An Introduction to Modern Astrophysics. San Fransisco: Pearson, Addison-Weasey.

Myndir:

Hér er einnig svarað spurningunum:
  • Hvernig verða atóm til? Spyrjandi: Gunnar Grímsson.
  • Hvernig urðu öll frumefnin til? Spyrjandi: Birgir Ólafsson.
  • Hvers vegna er talið að sprengistjörnur séu verksmiðjur til að framleiða þung frumuefni? Hvernig lýsir það sér á himninum ef sprengistjarna springur ekki alltof langt frá jörðu? Spyrjendur: Arndís Lilja Þórisdóttir, Eiríka Steinunn Agnarsdóttir.
  • Hvernig verður málmur til? Spyrjandi: Helgi Ragnar.
  • Hvernig verður gull til? Spyrjandi: Vífill Ólafur.
  • Hvernig verður vetni til? Spyrjandi: Sunneva Kjartansdóttir.
  • Hvernig myndast þau frumefni alheimsins sem eru þyngri en járn? Spyrjandi: Sævar Ingþórsson.
  • Hvernig verða gull, silfur, brons, og demantar til? Spyrjandi: Eva Hrund Hlynsdóttir.
  • Eru til einhverjar tilgátur um það hvernig fyrsta frumefnið varð til? Spyrjandi: Hrannar Sigrúnarson.
  • Af hverju eru til frumefni? Spyrjandi: Guðmundur Einar Vilbergsson.

Útgáfudagur

1.2.2013

Spyrjandi

Davíð Harðarson og fleiri

Höfundur

Ottó Elíasson

doktorsnemi í eðlisfræði í Árósarháskóla

Tilvísun

Ottó Elíasson. „Hvernig verða frumeindir til?“ Vísindavefurinn, 1. febrúar 2013. Sótt 23. október 2017. http://visindavefur.is/svar.php?id=49299.

Ottó Elíasson. (2013, 1. febrúar). Hvernig verða frumeindir til? Vísindavefurinn. Sótt af http://visindavefur.is/svar.php?id=49299

Ottó Elíasson. „Hvernig verða frumeindir til?“ Vísindavefurinn. 1. feb. 2013. Vefsíða. 23. okt. 2017. <http://visindavefur.is/svar.php?id=49299>.

Chicago | APA | MLA

Sendu inn spurningu
eða

Vísindadagatalið

Arabískar tölur

Í bókinni Liber abaci frá 1202 kynnti ítalski stærðfræðingurinn Leónardó Fibonacci arabískar tölur og indó-arabískan sætisrithátt fyrir Evrópumönnum. Áður höfðu Evrópumenn notað rómverskan talnarithátt og reiknað á talnagrindum. Hin nýja talnaritun varð til þess að menn gátu reiknað á blaði, á sandi eða vaxtöflum.