Vesmírná doba železná (vesmírná alchymie 4/6)

9. 11. 2017 9:55:01
Odkud pochází prvek, bez něhož si neumíme představit život vyspělé civilizace? Jak a proč vznikalo ve hvězdách první železo? (délka blogu 5 min.)

V minulé části vyprávění jsme opustili mladý vesmír poté, co se v něm objevil materiál pro tvorbu planet. První hvězdy, které dospěly do stádia rudých obrů, začaly do mezihvězdného prostoru vyvrhovat prach. Jeho částečky se skládaly z chemických prvků, které vznikaly v nitrech těchto hvězd.

Zatímco se ve vesmíru už vyskytovaly prvky, ze kterých se jednoho dne bude skládat živá hmota, jedna komponenta zatím ještě chyběla. Železo. Pro každou technicky vyvinutou civilizaci je tento kov nepostradatelný.

Životně důležité je ale také pro jakoukoliv nižší variantu života – která se podobá tomu našemu. Železo tvoří jádra planet, je totiž těžší než ostatní prvky (například křemík, který se nachází v povrchových vrstvách planety). Horké a tekuté železné jádro je schopné vytvořit stabilní magnetické pole, které pak chrání planetu před vlivem kosmického záření. Naprostá většina živých organismů, které známe, se neumí ionizujícímu záření sama ubránit a je odkázaná na vnější ochranu magnetickým polem své planety.

Vznik hvězdného železa

Uvnitř prvních velice hmotných hvězd probíhala syntéza prvků, těžších než vodík a helium, které vznikly už po velkém třesku primordiální nukleosyntézou. Vždy, když hvězdám došly zásoby jednoho druhu paliva, došlo ke hroucení hmoty, navýšení tlaku a teploty – a tím se vytvořily podmínky pro další termonukleární fúzi a tím i vznik dalších prvků.

Čím těžší prvky vznikají, tím extrémnější podmínky ke své syntéze potřebují. Energie jader, která se na syntéze podílejí, totiž musí překonat odpudivé elektrostatické síly. Jádra všech atomů jsou nabitá kladně. K tomu, aby se navzájem přiblížila na dostatečnou vzdálenost, ve které je možná fúze, musí mít tím vyšší teplotu, čím je jádro těžší.

Na syntézu jednoho jádra hořčíku ze dvou jader uhlíku je například potřeba už teplota kolem 600 000 000 K. Hořčík, který je nezbytný pro naše těla – tedy spatřil světlo světa v opravdu pekelné výhni.

Podobně jsou na tom ostatní prvky – například síra, vzniká ze dvou jader kyslíku při teplotě kolem 1 000 000 000 K.

Při těchto extrémních podmínkách probíhá v centrech hvězd samozřejmě i řada dalších, komplikovaných procesů a reakcí. Vytváří se slupkovitá struktura, jejíž jádro je nejteplejší. V něm nakonec proběhnou i poslední reakce, při kterých se ještě při syntéze jader uvolňuje energie. Při teplotě kolem 3 000 000 000 K vznikne trojice kovů: železo, nikl a kobalt.

Neodvratná katastrofa

Tím definitivně končí hvězdná dolce vita. Náš vesmír je nastaven tak, že k syntéze dalších chemických prvků z lehčích jader by bylo nutno energii dodávat. Hvězda ztrácí svůj zdroj energie, zatímco ji drtí její vlastní gravitace. To si žádná hvězda nemůže dovolit.

Nitro hvězdy se ještě jednou, tentokrát už naposledy smršťuje. Je to poslední hvězdná křeč. Uvádí do pohybu procesy, které povedou k hvězdnému konci. Elektromagnetické záření, které je pořád ještě uvězněné uvnitř hvězdy (ke své cestě na povrch potřebuje klidně i několik set tisíc let), má tak silnou energii, že může roztrhat (dezintegrovat) atomy hmoty na protony a neutrony. Spotřebovává přitom energii, té je ale v tomto okamžiku více než dost.

Jádra železa se rozbíjí na helium, prvek, který byl popelem při první termojaderné fúzi. Tím to ale nekončí – ani jádra helia nezůstanou nedotčena. Jsou rozervána na jednotlivé protony a neutrony. Protony reagují s místními elektrony za vzniku neutronů – jejich koncentrace tedy ještě stoupá.

Elektrony v jádru hvězdy vypotřebovány - a to jí zasadí poslední smrtelnou ránu. Elektrony totiž měly díky svým speciálním vlastnostem (degradovaný plyn) zásluhu na existenci poslední síly, která se ještě mohla postavit do cesty hvězdné gravitaci. Jádro, které se teď skládá ze železa, niklu a kobaltu – imploduje.

Teď už bývalá obří hvězda si výsledky své píle a produkty poslední termonukleární fúze – moc neužije. Během zlomku vteřiny se její železné jádro hroutí. Hmota dosáhne během nepatrného zlomku vteřiny rychlosti až 1000 km/s. V centru hvězdy se vytvoří asi 30 km velká koule, skládající se z neutronů – tzv. hvězda - předchůdce. Podle toho, kolik hmoty měla původní hvězda k dispozici, může u neutronového jádra zůstat. Pokud ale nasbírá větší množství hmoty, může se toto jádro dále zhroutit a vytvořit základ budoucí černé díry. To se dá očekávat u hvězd, které mají více než 25 násobek hmotnosti Slunce. U lehčích hvězd se imploze naopak změní v explozi. Přitom se materiál hvězdy vymrští do okolního prostoru při procesu, kterému se říká výbuch supernovy II. typu.

V této fázi svého vývoje obohatily první hvězdy vesmír o další důležité prvky. Když se podíváte na periodickou tabulku chemických prvků, zjistíte ale, že naprostá většina jich ještě chybí.

To, co následuje při výbuchu supernovy, je nejspíše ta nejnapínavější a nejzajímavější část vesmírné alchymie. Procesy, které probíhají při katastrofické smrti obřích hvězd, jsou mimo jiné zodpovědné i za vznik zlata, které se tak marně snažili vytvořit někdejší středověcí alchymisté. Pokračování příště...

Autor: Dana Tenzler | čtvrtek 9.11.2017 9:55 | karma článku: 22.06 | přečteno: 653x

Další články blogera

Dana Tenzler

Barvy v kuchyni (3) - přírodní červená

Blíží se Velikonoce. Napadlo vás někdy, čím se vlastně barví velikonoční vajíčka? Jakými přírodními nebo umělými barvivy se dá jídlo barvit dnes a jak tomu bylo v minulosti? (délka blogu 3 min.)

28.3.2024 v 8:00 | Karma článku: 13.16 | Přečteno: 128 | Diskuse

Dana Tenzler

Barvy v kuchyni (2) - průmyslová žlutá

Blíží se Velikonoce. Napadlo vás někdy, čím se vlastně barví velikonoční vajíčka? Jakými přírodními nebo umělými barvivy se dá jídlo barvit dnes a jak tomu bylo v minulosti? (délka blogu 3 min.)

25.3.2024 v 8:00 | Karma článku: 14.44 | Přečteno: 189 | Diskuse

Dana Tenzler

Barvy v kuchyni (1) - přírodní žlutá

Blíží se Velikonoce. Napadlo vás někdy, čím se vlastně barví velikonoční vajíčka? Jakými přírodními barvivy se dá jídlo barvit dnes a jak tomu bylo v minulosti? První díl seriálu o barvách.

21.3.2024 v 8:00 | Karma článku: 18.12 | Přečteno: 293 | Diskuse

Dana Tenzler

Čokoládoví velikonoční zajíčci

Blíží se Velikonoce. Napadlo vás někdy, odkud se vlastně vzali velikonoční zajíčci a vajíčka z čokolády, kterých jsou před velikonocemi plné obchody? (délka blogu 3 min.)

18.3.2024 v 8:00 | Karma článku: 22.20 | Přečteno: 391 | Diskuse

Další články z rubriky Věda

Dana Tenzler

Barvy v kuchyni (3) - přírodní červená

Blíží se Velikonoce. Napadlo vás někdy, čím se vlastně barví velikonoční vajíčka? Jakými přírodními nebo umělými barvivy se dá jídlo barvit dnes a jak tomu bylo v minulosti? (délka blogu 3 min.)

28.3.2024 v 8:00 | Karma článku: 13.16 | Přečteno: 128 | Diskuse

Zdenek Slanina

Problém co začal už Arrhenius: Kysličník uhličitý a doba ledová - a teď i sopečné aktivity

Už S. Arrhenius řešil vztah obsahu CO2 v atmosféře i k době ledové. Tehdy hlavně ukázal, že jeho navyšování v atmosféře povede k nárůstu její teploty. Nyní výzkumy z univerzity v Sydney ukazují na roli sopek v nástupu ochlazování.

26.3.2024 v 5:22 | Karma článku: 24.46 | Přečteno: 516 |

Martin Tuma

Berte Viagru, dokud si na to vzpomenete

Rozsáhlá studie odhalila významné snížení výskytu Alzheimerovi nemoci u pravidelkných uživatelů Viagry

25.3.2024 v 14:17 | Karma článku: 13.60 | Přečteno: 303 | Diskuse

Dana Tenzler

Barvy v kuchyni (2) - průmyslová žlutá

Blíží se Velikonoce. Napadlo vás někdy, čím se vlastně barví velikonoční vajíčka? Jakými přírodními nebo umělými barvivy se dá jídlo barvit dnes a jak tomu bylo v minulosti? (délka blogu 3 min.)

25.3.2024 v 8:00 | Karma článku: 14.44 | Přečteno: 189 | Diskuse

Dana Tenzler

Barvy v kuchyni (1) - přírodní žlutá

Blíží se Velikonoce. Napadlo vás někdy, čím se vlastně barví velikonoční vajíčka? Jakými přírodními barvivy se dá jídlo barvit dnes a jak tomu bylo v minulosti? První díl seriálu o barvách.

21.3.2024 v 8:00 | Karma článku: 18.12 | Přečteno: 293 | Diskuse
Počet článků 962 Celková karma 19.71 Průměrná čtenost 1288

Zajímám se o přírodní vědy. Píšu o tom, co mě zaujalo při toulkách internetem. Vzhledem k občastým dotazům - ano, skutečně mám vzdělání. Ne, nebudu tu vypisovat všechny svoje tituly, knihy a vědecké práce. Tenhle blog provozuji ve svém volném čase pro radost. 

Pokud vás blog pobaví nebo se v něm dočtete něco zajímavého - je jeho účel splněn. Přijďte si popovídat do diskuze, často je ještě zajímavější než blog sám, díky milým a znalým návštěvníkům. 

Smoljak nechtěl Sobotu v Jáchymovi. Zničil jsi nám film, řekl mu

Příběh naivního vesnického mladíka Františka, který získá v Praze díky kondiciogramu nejen pracovní místo, ale i...

Rejžo, jdu do naha! Balzerová vzpomínala na nahou scénu v Zlatých úhořích

Eliška Balzerová (74) v 7 pádech Honzy Dědka přiznala, že dodnes neví, ve který den se narodila. Kromě toho, že...

Pliveme vám do piva. Centrum Málagy zaplavily nenávistné vzkazy turistům

Mezi turisticky oblíbené destinace se dlouhá léta řadí i španělská Málaga. Přístavní město na jihu země láká na...

Kam pro filmy bez Ulož.to? Přinášíme další várku streamovacích služeb do TV

S vhodnou aplikací na vás mohou v televizoru na stisk tlačítka čekat tisíce filmů, seriálů nebo divadelních...

Velikonoce 2024: Na Velký pátek bude otevřeno, v pondělí obchody zavřou

Otevírací doba v obchodech se řídí zákonem, který nařizuje, že obchody s plochou nad 200 čtverečních metrů musí mít...