En el caso de una explosión de supernova es posible crear elementos pesados mediante la fusión. Las supernovas tienen una enorme cantidad de energía en un volumen muy pequeño, pero no tanta energía por volumen como la que había en nuestro universo primitivo. Entonces, ¿cuál es la mayor diferencia? ¿Por qué el Big Bang no creó elementos pesados?
Respuestas
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Los elementos pesados no pudieron formarse justo después del Big Bang porque no hay núcleos estables con 5 u 8 nucleones.
Fuente: Wikipedia (usuario Pamputt)
En el La nucleosíntesis del Big Bang El producto principal era $^4He$ porque es el isótopo ligero más estable: 20 minutos después del Big Bang, el helio-4 representaba alrededor del 25% de la masa del Universo, y el resto era mayoritariamente $^1H$ . Sólo había 1 núcleo de deuterio y helio-3 por cada $10^5$ protones, y 1 núcleo de $^7Li$ para cada $10^9$ protones.
Dadas estas abundancias, las reacciones más probables para producir elementos más pesados serían $^1H + {}^4He$ y $^4He + {}^4He$ pero ninguno de ellos produce núcleos estables. Así que en su lugar sólo tenemos $^2H + {}^7Li \to {}^9Be$ y $^4He + {}^7Li \to {}^{11}B$ . Estas reacciones son extremadamente improbables, ya que el litio era muy escaso. Se predice que uno de estos núcleos se formó para $10^{16}$ protones. La abundancia de los elementos anteriores y el enfriamiento del universo impidieron la formación de elementos aún más pesados.
Por otro lado, en las primeras estrellas el carbono se formó en el proceso triple alfa que sólo es posible con la densidad y la abundancia de helio que se encuentran en las estrellas, y lleva mucho tiempo. Las fusiones nucleares posteriores crean elementos más pesados hasta el hierro, y la energía liberada en la explosión de la supernova permite la síntesis de elementos aún más pesados.
Referencias
Alain Coc, Jean-Philippe Uzan, Elisabeth Vangioni: La nucleosíntesis estándar del Big Bang y las abundancias de CNO primordiales después de Planck JCAP10(2014)050 arxiv:1403.6694
userLTK
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En el caso de una explosión de supernova es posible que se cree una elementos pesados a través de la fusión. Las supernovas tienen una enorme cantidad de energía en un volumen muy pequeño, pero no tanta energía por volumen como la que había en nuestro universo primitivo. Entonces, ¿cuál es la principal diferencia? ¿Por qué el el Big Bang creó elementos pesados?
Sólo quiero señalar que un exceso de energía perjudica el proceso de construcción de elementos, no ayuda.
http://www.physicsoftheuniverse.com/topics_bigbang_timeline.html
Nucleosíntesis, de 3 a 20 minutos: La temperatura del universo desciende hasta el punto (unos mil millones de grados) en el que los núcleos atómicos pueden empezar a formarse núcleos atómicos al combinarse protones y neutrones mediante fusión nuclear para formar los núcleos de los elementos simples del hidrógeno, el helio y el litio. Después de unos 20 minutos, la temperatura y la densidad del la temperatura y la densidad del universo han caído hasta el punto en que la fusión nuclear no puede continuar.
Así, a más de mil millones de grados, los protones y los neutrones son demasiado energéticos para unirse. Por debajo de mil millones, pueden empezar a fusionarse y se empieza a producir la fusión de hidrógeno en deuterio y helio.
Pero, hay un problema,
https://en.wikipedia.org/wiki/Big_Bang_nucleosynthesis
A medida que el universo se expande, se enfría. Los neutrones y protones libres son menos estables que los núcleos de helio, y los protones y neutrones tienen una fuerte tendencia a formar helio-4. Sin embargo, la formación de helio-4 requiere el paso intermedio de formación de deuterio. Antes de que comenzara la nucleosíntesis, la temperatura era lo suficientemente alta como para que muchos fotones tuvieran una energía mayor que la energía de enlace del deuterio; por lo tanto, cualquier deuterio que se formaba se destruía inmediatamente (situación conocida como el cuello de botella del deuterio). Por lo tanto, la formación de helio-4 se retrasó hasta que el universo se enfrió lo suficiente como para que el deuterio sobreviviera (a T = 0,1 MeV), después de lo cual se produjo un repentino estallido de formación de elementos de elementos. Sin embargo, muy poco después, a los veinte minutos del del Big Bang, el universo se enfrió demasiado para que se produjera la fusión nuclear y la nucleosíntesis. nuclear y la nucleosíntesis. En ese momento, la abundancia de elementos abundancia de elementos era casi fija
Nick
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A esta pregunta responde detalladamente la llamada "Nucleosíntesis del Big Bang", la teoría sobre la creación de los núcleos en el Universo primitivo. Casi de la nada, permite determinar que el 75% de la masa nuclear procedía del hidrógeno, el 25% del helio y que también aparecieron algunas pequeñas trazas de litio.
Aunque Gamow pensaba que todos los elementos podían haberse creado en el Big Bang, Alpher y Herman no tardaron en demostrar lo contrario. La razón por la que los elementos más pesados no pueden ser creados en el Big Bang es que los elementos con masas superiores a 56 requieren captura de neutrones a crear.
Las supernovas son un entorno ideal para la captura de neutrones. Sin embargo, después del Big Bang, la densidad de neutrones disminuye a medida que el Universo se expande; y después de mucho más 10 minutos, el tiempo de vida, los neutrones se desintegran. No hay tiempo suficiente para crear los elementos más pesados.
Así que nos quedamos con la composición creada sin procesos como la captura de neutrones. Y estos favorecen a los núcleos energéticamente optimizados como los tres ligeros. La cuestión es realmente que no es del todo "alta temperatura" lo que se necesita para la creación de núcleos pesados. La alta temperatura es "buena" para la creación de los estados ligados energéticamente derrochadores; pero también es "buena" para su destrucción. El Big Bang es un proceso en el que la temperatura va bajando, por lo que al final dominan los estados ligados energéticamente más ahorrativos (con mayor energía de ligadura).
