Uddybende om Big Bang kernesyntesen

---

Fotoner kan slå atomkerner i stykker, hvis de har en energi højere end atomets bindingsenergi. Et atom vejer mindre end summen af masserne af dens bestanddele. Denne forskel kaldes atomets massedefekt. Bindingsenergien kan findes ved brug af Einsteins berømte masse-energi-ækvivalensprincip:

Big Bang kernesyntesen kunne altså først begynde, efter fotonernes energi var faldet til under bindingsenergien for hydrogen-2 (deuterium). Deuterium dannes i denne proces:

Efter deuterium er dannet, kan hydrogen-3 (tritium) og helium-3 og -4 dannes i en række forskellige processer:

hvor γ angiver, at der udsendes en foton som resultat af processen. Der dannedes som sagt desuden en smule lithium ved fusion af helium.

I stjerner, hvor der er større densitet, og vi kigger på meget større tidsskalaer, kan hullerne ved atomvægte 5 og 8 springes over ved tripel-alfa-processen, der danner carbon af helium med beryllium som mellemtrin:

Grunden til at der ikke dannedes noget carbon på denne måde under Big Bang kernesyntesen er, at beryllium-8 er ustabil, og har en meget kort halveringstid (ca. 6,7 x 10^-17 s). Den gennemsnitlige tid der går, inden den henfalder, er altså meget lille. For at danne carbon skal beryllium-8-kernen altså rammes af en helium-4-kerne inden den henfalder, hvilket er meget usandsynligt. Med andre ord kræver det altså meget lang tid og høj densitet, hvis der skal dannes en betydelig mængde carbon på denne måde. Big Bang kernesyntesen varede kun omkring en halv time - altså slet ikke længe nok til at danne carbon ved tripel-alfa-processen.^1,2

[1] http://www.astro.ucla.edu/~wright/BBNS.html
[2] Foundations of Astronomy, Michael A. Seeds & Dana E. Backman, s. 398-399