Nucleo- có nghĩa là ‘để làm với hạt nhân; Tổng hợp có nghĩa là để tạo ra, vì vậy tổng hợp hạt nhân là việc tạo ra các hạt nhân nguyên tử (mới).
Trong thiên văn học - và vật lý thiên văn và vũ trụ học - có hai loại tổng hợp hạt nhân chính, tổng hợp hạt nhân Big Bang (BBN) và tổng hợp hạt nhân sao.
Trong tập hợp thành công đáng kinh ngạc của các lý thuyết được gọi là lý thuyết Big Bang, vũ trụ sơ khai rất dày đặc và rất nóng. Khi nó mở rộng, nó nguội đi, và plasma quark-gluon, đông cứng thành neutron và proton (và các hadron khác, nhưng vai trò của chúng trong BBN là không đáng kể), tương tác dữ dội với rất nhiều phản ứng hạt nhân. Vũ trụ tiếp tục lạnh dần, và sớm trở nên quá lạnh đối với bất kỳ phản ứng hạt nhân nào nữa. Các đồng vị không ổn định còn lại sau đó bị phân rã, cũng như các neutron chưa có trong một số hạt nhân hay khác. Hầu hết vật chất lúc đó là hydro (thực ra chỉ là proton; các electron không bị bắt giữ để tạo thành các nguyên tử cho đến sau này) và helium-4 (hạt alpha) với một rắc deuterium, một vệt helium-3 và dấu vết của lithium -7.
Đó là BBN.
Các nguyên tử trong cơ thể bạn - ngoài hydro - tất cả đều được tạo ra trong các ngôi sao bằng cách tổng hợp hạt nhân sao.
Các ngôi sao trên dãy chính có được năng lượng mà chúng tỏa sáng từ các phản ứng hạt nhân trong lõi của chúng; ngoài chuỗi chính, năng lượng đến từ các phản ứng hạt nhân trong vỏ (hoặc nhiều hơn một vỏ) xung quanh lõi. Có một số chu trình phản ứng hạt nhân hoặc các quá trình khác nhau (ví dụ như quá trình ba alpha, s, chuỗi proton-proton, chu trình CNO), nhưng kết quả cuối cùng là sự hợp nhất của hydro (và helium) để tạo ra carbon, nitơ, oxy, Lít và nhóm sắt (sắt, coban, niken). Trong giai đoạn khổng lồ màu đỏ của một cuộc đời ngôi sao, phần lớn vấn đề này kết thúc ở môi trường giữa các vì sao và một ngày trong cơ thể bạn.
Có nhiều cách khác để tạo ra hạt nhân mới, trong vũ trụ (trừ BBN và nhân tổng hợp sao); ví dụ, khi một hạt năng lượng cao (một tia vũ trụ) va chạm với một hạt nhân trong môi trường liên sao (hoặc bầu khí quyển Trái đất), nó sẽ phá vỡ nó thành hai hoặc nhiều mảnh (quá trình này được gọi là sự phá vỡ tia vũ trụ). Điều này tạo ra hầu hết các lithium (ngoài BBN 7Li), berili và boron.
Và một điều nữa: trong một siêu tân tinh, đặc biệt là siêu tân tinh sụp đổ lõi, một lượng lớn hạt nhân mới được tổng hợp, rất nhanh, trong các phản ứng hạt nhân được kích hoạt bởi trận lũ neutron. Quá trình này, vì nó được gọi là (thực tế là có nhiều hơn một) tạo ra hầu hết các nguyên tố nặng hơn nhóm sắt (đồng thành urani), trực tiếp hoặc do sự phân rã phóng xạ của các đồng vị không ổn định được sản xuất trực tiếp.
Thích tìm hiểu thêm? Dưới đây là một vài liên kết có thể khiến bạn quan tâm: Tổng hợp hạt nhân (NASA, Cosmicopia), Tổng hợp hạt nhân Big Bang (Martin White, Đại học California, Berkeley) và Tổng hợp hạt nhân Stellar (Đại học Ohio).
Nhiều câu chuyện của Tạp chí Không gian về chủ đề này cũng vậy; ví dụ các ngôi sao ở lõi Ngân hà ‘Thở ra Carbon, Oxy, Các nhà thiên văn học mô phỏng các ngôi sao đầu tiên được hình thành sau Vụ nổ lớn và các sao neutron có lớp vỏ siêu thép.
Kiểm tra tập Cast Astronomy Cast này, được thiết kế riêng cho bài viết Hướng dẫn về không gian này: Nucleosynt tổng hợp: Các yếu tố từ các vì sao.
Nguồn:
NASA
Wikipedia
UC-Berkeley
