最終更新日: 2024 年 10 月 7 日

星による化学元素の生成

画像の説明: 地球上の生命に不可欠な元素のほとんどはどこから来たのでしょうか?
カシオペア A (ケース A) は、その独自の進化状況により、最も熱心に研究されている超新星残骸の 1 つです。この画像は、恒星の元素合成、つまり化学元素の生成のプロセスを示しています。クレジット:NASA

恒星元素合成の概要

そこには恒星元素合成恒星がその生涯を通じて核反応を通じて、亜原子粒子から化学元素を生成するプロセスです。この現象は、水素やヘリウムなどの軽い元素が、炭素、窒素、酸素、ネオン、シリコン、そして最終的には鉄などのより重い元素にどのように変化するかを説明するため、宇宙の元素の起源を理解するための基礎となります。星は宇宙の化学的濃縮において重要な役割を果たしています。

原子核の核融合には、静電反発力 (クーロン力) と 1 フェムトメートル (10^-15 メートル) 程度の非常に短い障壁を越えなければならない核力により、大量のエネルギーが必要です。これには、必要な運動エネルギーを供給するために非常に高い速度が必要となり、したがって非常に高い温度が必要になります。私たちがこのエネルギーを見つけるのは星の心の中にあります。

原始元素合成と軽元素の形成

原始元素合成は、ビッグバン後の最初の数分間に起こり、陽子と中性子が結合して、次のような軽い原子核を形成しました。水素、L'ヘリウムそしてその痕跡リチウムそしてのベリリウム。

元素合成の主な段階

恒星元素合成は主に星の心、温度（摂氏最大10億度）と圧力（大気圧の最大1,000万倍）が非常に高い場所です。

水素核融合：主系列星では、水素が核融合によってヘリウムに変換され、光と熱の形で膨大な量のエネルギーが放出されます。
ヘリウム核融合:水素がなくなると、より重い星がヘリウムを融合させて炭素や酸素などのより重い元素を作り始めます。
より重い原子核の融合:大質量星では、連続する核融合サイクルを通じて、鉄に至るまでさらに重い元素が形成されることがあります。
超新星:大質量星が寿命を迎えると、超新星爆発を起こし、鉄より重い元素 (ニッケル 56 まで) が宇宙に飛散することがあります。短時間に大量の中性子が放出される超新星爆発では、原子核がすぐに中性子を捕らえて金や鉛などのさらに重い元素に変化し、それによって星間物質が濃縮されます。