היחסים בין היסודות שנמצאו בענני הגז העתיקים ביותר ביקום מכילים את אחת הראיות החשובות לקיומו של מפץ הגדול. בעוד הכוכבים הופכים יסודות קלים ליסודות כבדים (וסופרנובה מייצרים יסודות כבדים עוד יותר), הרי שהם אינם המקור היחיד לאטומים כבדים יותר ממימן. עדות לכך הן כמויות ההליום שביקום. כ- 25% מהמסה של הגז ביקום היא הליום, אבל לא היה די זמן מאז המפץ הגדול לתהליך ההיתוך בליבות הכוכבים מהסדרה הראשית, כמו השמש, כדי ליצור כמות כה גדולה של הליום. קיים פיזור אחיד של הליום בכל שביל החלב ובגלקסיות אחרות. לעומת זאת, הכמויות של יסודות כבדים יותר, הנוצרים בכוכבים ובסופרנובות, יורד עם המרחק ממרכז שביל החלב, ונמצא ביחס ישר למספר הסופרנובות שהתרחשו. במילים אחרות, יש יותר מדי הליום ביקום מכדי שניתן יהיה להסביר את נוכחותו על ידי תהליכי היתוך בכוכבים, ולא ניתן להסביר את התפלגותו רק בעזרת היתוך זה. בעוד שכוכבים ושרידיהם לא יכולים להסביר זאת, הרי שתורת המפץ הגדול מסבירה תופעה זאת היטב.
באדיבות וויקיפדיה
הפיזיקאי הרוסי, ג'ורג' גאמוב, החל להעלות השערות בדבר תוצאות שהותיר המפץ הגדול בשנות הארבעים של המאה הקודמת. הוא הבין כי רק הצפיפות והטמפרטורה בשלבים המוקדמים של המפץ הגדול יכלו לספק את התנאים הנדרשים לייצור גרעיני הליום בתהליך היתוך. תהליך יצירת דיאוטריום והליום, יחד עם כמויות זעירות של ליתיום ובריליום, ב- 225 השניות הראשונות לאחר המפץ הגדול נקרא נוקליוסינתזה קוסמית.
ברגעים הראשונים של היקום, הטמפרטורה הגיעה לכדי מיליארדי מעלות. בחום הגבוה האטומים היו מיוננים לחלוטין. אלקטרונים וגרעינים לא יכלו להקשר יחדיו, ולכן היקום היה מרק חום סמיך של קרינה וחלקיקים שעברו התנגשויות בלתי פוסקות. נפח היקום כולו היה כנפח השמש! כעבור דקה בערך, כשהטמפרטורה ירדה למיליארד מעלות, החלו התגובות הגרעיניות להתרחש. בתחילה, נויטרונים ופרוטונים התחברו ליצירת גרעיני דיאוטריום, המסומן כ- 2H ולפעמים קרוי מימן כבד. דיאוטריום עשוי היה ללכוד ניוטרון כדי ליצור טריטיום (3H, פרוטון אחד ושני נויטרונים) או פרוטון אחר כדי להפוך להליום – 3 (3He, שני פרוטונים וניוטרון אחד). לאחר שלב נוסף, נוצרו גרעיני הליום – 4 (4He), תוך שימוש כמעט בכל הנויטרונים הזמינים. תהליך זה הושלם תוך פחות מארבע דקות לאחר המפץ הגדול. בתקופה קצרה זו, 25 אחוזים מן המסה הרגילה של היקום הפכה להליום. במהלך מחצית השעה הקרובה נוצרו כמויות זעירות של ליתיום -7 (7Li) ובריליום -7 (7Be). לאחר מכן, התגובות נעצרו. היקום נעשה קריר מדי ודליל מדי מכדי ליצור יסודות כבדים יותר. כל היסודות הכבדים יותר מארבעת היסודות הללו, נוצרו מאוחר הרבה יותר בליבות כוכבים לפי המודל הפשוט של המפץ הגדול.
באדיבות וויקיפדיה.
אסטרונומים השוו את כמות היסודות שצפו בעקבות תיאוריית המפץ הגדול עם תצפיות בארבעה יסודות קלים – הליום – 4, דיאוטריום, הליום – 3 וליתיום 7. מאחר שכמה מן היסודות האלה נוצרים (ונהרסים) בכוכבים, יש למצוא את אזורים נקיים של היקום, כדי למדוד את הכמויות שלהם כפי שנותרו מאז המפץ הגדול. הכמויות שנמדדו בהשוואה למימן: 0.15 עבור הליום – 2 × 10-5 עבור דיאוטריום, 10-5 עבור הליום – 3, ו 3 × 10-10 עבור ליתיום -7. למרבה הפלא, כל ארבע הכמויות שנמדדו עולות בקנה אחד עם מודל פשוט של מפץ גדול וחם, שבו נותר לקבוע רק משתנה אחד: צפיפות החומר הרגיל יחסית למספר הפוטונים. תצפיות ביקום האמיתי תואמות תחום צר מאוד, שבו קיימים כמיליארד פוטונים לכל חלקיק חומר ביקום. ההצלחה יוצאת הדופן הזאת מראה לא רק שהיקום נוצר בעקבות המפץ הגדול, אלא הוא מראה שאנחנו יכולים להבין את פרטי ההתחרשות ברגעים המוקדמים ביותר, והבלתי נצפים של היקום.
Author: Chris Impey