Hidrojen, bir proton ve bir elektrondan oluşan en basit elementtir. Hidrojenin bir veya iki nötron eklenmiş hallerine ise döteryum ve trityum denir. Her birinden ikişer tane içerirse helyum, üçer tane içerirse lityum olur. Kısacası büyük elementler küçüklerin birleşmesiyle meydana gelir. Nitekim bu o kadar basit değildir, çünkü iki çekirdeğin birleşmesi için en az 10 milyon santigrat derece kadar büyük ısı gerekir. Evrende bunun için gerekli koşulları sağlayan bazı durumlar vardır.
BÜYÜK PATLAMA
Nükleon ve sentez kelimelerinden oluşan ve “var olan proton ve nötronlardan atom çekirdeklerinin üretimi” anlamına gelen nükleosentez, Büyük Patlama’dan hemen sonra gerçekleşen element yapımının ilk aşamasıdır. Bu aşamada ateş topundan protonlar, nötronlar ve elektronlar saniyenin birkaç milyonda biri kadar bir sürede oluştu. Birkaç saniye sonra, ateş topunun enerjisi protonlar ve nöronları bir araya gelmeye ve ayrılmaz şekilde yapışmaya zorladı. Bu füzyon reaksiyonları sayesinde döteryum çekirdekleri, ardından da helyum çekirdekleri oluştu. Fakat sonrasında sıcaklık füzyon reaksiyonlarının gerçekleşebilmesi için gereken derecenin çok altına düştü. Bu nedenle belki biraz lityum oluşabilse de daha ağır bir element ortaya çıkamadı. Evren genişlemeye ve soğumaya devam ettikçe olaylar daha yavaş gerçekleşmeye başladı. Elektronların çekirdeğin etrafındaki yörüngelerde sıkışıp kalması ve ilk atomları oluşturması 380.000 yıl sürdü.
YILDIZLAR
Bir yıldız, büyük bir gaz kütlesinin kendi kütle çekimsel kuvveti altında çökmesiyle oluşur. Merkezdeki sıcaklık basınç altında giderek artar ve çekirdek füzyonunun başlayabileceği noktaya ulaşır. Yaklaşık 10 milyon santigrat derecede gerçekleşen ilk reaksiyon, hidrojen çekirdeklerinin füzyonla helyum oluşturmasıdır. Hidrojen yakma döngüsü için iki yöntem vardır; proton-proton döngüsü ve CNO döngüsü. Güneş ve benzeri küçük yıldızlarda p-p döngüsü baskınken, daha büyük kütleli yıldızlarda CNO döngüsü baskındır. Bu reaksiyonlar, hidrojen tükeninceye kadar devam eder. Bundan sonra olacaklar ise yıldızın kütlesine bağlıdır.
Yıldız çok küçükse, füzyon durur ve yıldız çekirdeği beyaz cüceye dönüşür. Ama eğer yıldız Güneş’in sekiz katından daha büyükse füzyon devam eder. Tıpkı hidrojende olduğu gibi, helyumun nükleer tepkimeleri ile enerji üretimi devam eder. Alfa ve üçlü alfa tepkimeleri adı verilen süreçler ile daha ağır elementlerin üretimi gerçekleşir. Helyum çekirdekleri birleşerek berilyumu, ardından karbon ve oksijeni oluşturur. Çok daha büyük yıldızlardaki çekirdek o kadar sıcak hale gelir ki, karbon ve oksijen de birleşerek demir kadar ağır bir elementi oluşturabilir.
Çekirdekte demir biriktikçe, yıldız artık füzyonla enerji üretemez hale gelir. Ancak kütle çekiminin çekirdeği sıkıştırmaya devam etmesi nedeniyle sıcaklık milyarlarca dereceye çıkar. Bu noktada, yıldızın merkezi aniden çöker, dış katmanlar atılır ve yıldızın içeriği, bir süpernova patlamasıyla uzaya saçılır. Patlamada açığa çıkan bol miktarda nötron, uranyuma kadar olan daha ağır elementleri meydana getirir. -Uranyum, Dünya’da ve uzayda doğal olarak bulunan en ağır elementtir.-
Yıldız kökenli elementlerin istisnaları vardır. Bunlar; lityum, berilyum ve borondur. Bu elementlerin çekirdekleri kararsızdır ve yıldızlardaki nükleer reaksiyonlar sırasında hemen tüketilirler. Nadir elementlerdir, ancak az miktardaki varlıklarının da, kozmik ışınlardan -uzayda yüksek hızda ilerleyen büyük çekirdekler- kaynaklandığına inanılmaktadır.
Yapay elementleri bir kenara bırakacak olursak, Dünya üzerindeki tüm atomlar ya Büyük Patlama’nın artıkları ya uzun süre ölmüş yıldızların parçaları ya da kozmik ışınlardır.
Kaynakça:
Hawking, S., (2019), Neredeyse Her Şeyin Kökeni, (2. Basım), Türkiye İş Bankası Kültür Yayınları, İstanbul
https://home.cern/science/physics/early-universe
https://www.space.com/how-did-universe-elements-form