Glossarium astronomicum

Terug naar de woordenlijst

Nucleosynthese verwijst naar processen waarbij zwaardere atoomkernen worden gevormd uit lichtere atoomkernen via kernfusie. Big Bang Nucleosynthese (BBN), ook wel Primordiale Nucleosynthese genoemd, is een kortstondig proces van nucleosynthese tijdens de hete en dichte Big Bang-fase van ons universum, bijna 14 miljard jaar geleden. Volgens onze huidige kosmologische modellen begon BBN in de eerste paar seconden van het vroege universum en duurde het enkele minuten. De timing hangt rechtstreeks samen met de snelheid waarmee het vroege universum uitdijde en afkoelde.

Vóór die eerste seconden was het universum te heet om atoomkernen te laten bestaan die complexer waren dan waterstof. Aan het einde van die paar minuten was het universum niet meer heet en dicht genoeg om kernfusie voort te zetten. Na het einde van BBN bestond ongeveer 25% van de massa van atoomkernen uit helium-4 (een bijzonder stabiele isotoop van helium) en 75% uit waterstof. Bij nader onderzoek blijkt dat er ook kleine sporen moeten zijn geweest van deuterium (een waterstofisotoop), helium-3 (een andere heliumisotoop) en isotopen van lithium: lithium-6 en lithium-7. De hoeveelheden van elk element die tijdens BBN zijn geproduceerd, zijn alleen afhankelijk van fundamentele kosmologische parameters en vormen dus een voorspelling van de kosmologische modellen.

Aangezien er in de daaropvolgende bijna 14 miljard jaar aanzienlijke aanvullende nucleosynthese heeft plaatsgevonden, met name in het binnenste van sterren, is het een uitdaging om de oorspronkelijke abundantie van elementen te schatten op basis van huidige observatiegegevens. Voor helium-4, helium-3, deuterium en lithium-6 komen de kosmologische BBN-voorspellingen zeer goed overeen met de reconstructies op basis van waarnemingen.

Voor lithium-7 is er een duidelijk verschil, maar het is op dit moment niet duidelijk of dat wijst op een probleem met ons begrip van BBN of op een probleem met de pogingen om de oorspronkelijke lithium-7-abundantie te schatten.

Gerelateerde termen:
• Oerknaltheorie
• Kernfusie
• Kern
• Metaal

Terug naar de woordenlijst

Ook bekend als thermonucleaire fusie of fusie

Kernfusie is het proces waarbij de atoomkernen van lichtere elementen samensmelten tot de kern van een zwaarder element.

In het heelal speelt kernfusie twee belangrijke rollen. Ten eerste levert het de energie voor de straling die wordt uitgezonden door sterren zoals onze zon. Wanneer voldoende lichte atoomkernen fuseren, is de totale rustmassa van de resulterende kern iets kleiner dan de gecombineerde rustmassa's van de oorspronkelijke atoomkernen. Dit “massadeficit” komt overeen met de energie die vrijkomt bij de fusiereactie, volgens de beroemde formule van Einstein E=mc2, die massa m, energie E en de lichtsnelheid c met elkaar in verband brengt. In de kern van de zon bijvoorbeeld fuseren waterstofkernen tot helium en geven ze energie vrij in de vorm van straling en neutrino-deeltjes.

De tweede rol van kernfusie is dat deze verantwoordelijk is voor de productie van elementen in het heelal die complexer zijn dan waterstof en helium. Na de oerknal bestonden er in het heelal alleen waterstof, helium en sporen van lithiumkernen. Fusiereacties in de kernen van sterren, tijdens supernova-explosies en door explosies als gevolg van botsende neutronensterren, zijn de bron van (in wezen) alle overige zwaardere chemische elementen in het heelal. De chemische elementen die qua massa het grootste deel van het menselijk lichaam uitmaken, met name zuurstof en koolstof, zijn gevormd door kernfusie in de kern van sterren of tijdens supernova-explosies, wat aanleiding gaf tot de uitdrukking “we zijn sterrenstof”.

Gerelateerde termen:
• Waterstoffusie
• Kernsplijting
• Kern

Terug naar de woordenlijst

De kosmische microgolfachtergrondstraling (CMB) is de overgebleven elektromagnetische straling van toen het heelal ongeveer 380.000 jaar oud was en transparant werd voor licht. Het geeft informatie over de samenstelling, geometrie (vorm), evolutie en ontwikkeling van de structuur van het heelal. Het vroege dichte heelal bestond uit een "hete soep" van vrije deeltjes (protonen, neutronen, elektronen) en licht (fotonen). Voordat de CMB vrijkwam, zorgde de interactie van fotonen met vrije elektronen ervoor dat licht geen lange afstanden kon afleggen. De uitdijing en afkoeling van het heelal zorgden ervoor dat vrije elektronen zich met protonen konden verbinden om atomaire waterstof te vormen, en dat licht zich door het heelal kon voortplanten. De uitdijing heeft vervolgens de golflengte van deze fotonen uitgerekt, waardoor ze tegenwoordig detecteerbaar zijn in het microgolfgebied van het elektromagnetische spectrum.

Gerelateerde termen:
• Oerknaltheorie
• Kosmologie
• Donkere energie
• Microgolfstraling
• Elektron

Terug naar de woordenlijst
De oerknaltheorie is de basisverklaring voor de evolutionaire stadia van het heelal. In haar eenvoudigste vorm geeft deze theorie ons een idee van het ontstaan van het heelal, van de hete, dichte beginfase tot de expansie ervan in de daaropvolgende 13,8 miljard jaar, tot het heelal dat we vandaag de dag kennen. We zien vandaag de dag bewijs van deze expansie in het Hubble-diagram.

Omdat onze huidige hulpmiddelen astronomen niet in staat stellen om direct terug te kijken naar het begin van het heelal, komt veel van wat we over de oerknaltheorie begrijpen voort uit wiskundige modellen en theorieën. Astronomen kunnen echter wel de chemische elementen bestuderen die zijn geproduceerd tijdens de hete paar minuten na de oerknal (bekend als oerknalnucleosynthese). Ze kunnen ook de nagloed bestuderen die overblijft van de oerknal, een fenomeen dat bekend staat als de kosmische microgolfachtergrondstraling.

Gerelateerde termen:
• Kosmische microgolfachtergrondstraling (CMB)
• Kosmologie
• Hubble-diagram
• Heelal
• Oerknal nucleosynthese