دانشنامهپدیده
هستهزایی مهبانگ Big Bang nucleosynthesis
هستهزایی مهبانگ فرایند ساخت نخستین هستههای اتمی در چند دقیقهٔ آغازین جهان است که طی آن هیدروژن، هلیوم و مقدار اندکی دوتریوم و لیتیم پدید آمدند.
نام‌های دیگر: هستهزایی نخستین، منشأ هیدروژن و هلیوم
جهان در لحظه‌های نخستین چنان داغ بود که هیچ هستهٔ اتمی پایداری نمی‌توانست بماند. وقتی انبساط جهان را خنک کرد، پروتون‌ها و نوترون‌ها فرصت یافتند به هم بچسبند. این بازهٔ کوتاه، از حدود یک ثانیه تا حدود بیست دقیقه پس از مهبانگ، «هستهزایی مهبانگ» نامیده میشود.
در دقایق نخست چه رخ داد؟
در حدود یک ثانیه پس از آغاز، جهان پر از پروتون، نوترون، الکترون و نوترینو بود. نوترون‌ها آزادانه ناپایدارند و تبدیل به پروتون می‌شوند، پس نسبت نوترون به پروتون کاهش می‌یافت. وقتی دمای جهان به حدود یک میلیارد کلوین رسید، دوتریوم (ایزوتوپ سنگین هیدروژن) می‌توانست بدون خرد شدن بماند. از آن لحظه واکنش‌های زنجیره‌ای هلیوم-۴ و مقدار ناچیزی هلیوم-۳ و لیتیم-۷ ساختند. پس از حدود بیست دقیقه جهان آنقدر سرد و رقیق شد که این واکنشها متوقف شدند.
چه چیزی ساخته شد؟
| عنصر | سهم تقریبی از جرم مادهٔ معمولی |
|---|---|
| هیدروژن | حدود ۷۵ درصد |
| هلیوم-۴ | حدود ۲۵ درصد |
| دوتریوم، هلیوم-۳ | حدود یک ده‌هزارم یا کمتر |
| لیتیم | ردپایی بسیار ناچیز |
عناصر سنگین‌تر مثل کربن و اکسیژن در این مرحله ساخته نشدند، چون هیچ هستهٔ پایداری با ۵ یا ۸ نوکلئون وجود ندارد و جهان پیش از عبور از این «شکاف» خنک شد. آن‌ها بعدها در درون ستارهها شکل گرفتند؛ برای شرح آن همجوشی ستاره‌ای را ببینید.
چرا این فرایند شاهد مهمی برای مهبانگ است؟
نظریهٔ هستهزایی نسبت هلیوم و دوتریوم را با دقت بالا پیش‌بینی می‌کند و مقدار آن با رصد ابرهای گاز بکر هم‌خوان است؛ این یکی از ستون‌های شواهد مهبانگ است. هم‌چنین، مقدار دوتریوم به چگالی مادهٔ معمولی حساس است و این چگالی را مستقل از تابش زمینهٔ کیهانی به دست می‌دهد؛ این دو روش با هم می‌خوانند. تنها ناهماهنگی شناخته‌شده «مسئلهٔ لیتیم» است: مقدار لیتیم-۷ در ستارههای قدیمی حدود سه برابر کمتر از پیش‌بینی نظریه است و هنوز توضیح قطعی ندارد.
پرسش‌های رایج
### هستهزایی مهبانگ چیست؟
ساخت نخستین هستههای اتمی، یعنی هلیوم و اندکی دوتریوم و لیتیم، در چند دقیقهٔ آغازین جهان.
### چرا در مهبانگ عناصر سنگین ساخته نشد؟
چون جهان آنقدر سریع سرد و رقیق شد که پیش از ساخت عناصری مثل کربن، واکنشها متوقف شدند. عناصر سنگین در ستارهها ساخته شدند.
### چه نسبتی از جهان هلیوم است؟
حدود ۲۵ درصد جرم مادهٔ معمولی هلیوم است و حدود ۷۵ درصد هیدروژن؛ تقریباً همین نسبت از مهبانگ باقی مانده است.
### مسئلهٔ لیتیم چیست؟
اختلاف میان مقدار لیتیم-۷ پیشبینیشده در نظریه و مقدار کمتری که در ستارههای قدیمی دیده میشود. هنوز راهحل پذیرفتهشدهای ندارد.