Synthesis of the Elements in Stars

Elements are synthesized in discrete stages during the lifetime of a star, and some steps occur only in the most massive stars known (Figure 1.1). Initially, all stars are formed by the aggregation of interstellar “dust,” which is mostly hydrogen. As the cloud of dust slowly contracts due to gravitational attraction, its density eventually reaches about 100 g/cm³, and the temperature increases to about 1.5 × 10⁷ K, forming a dense plasma of ionized hydrogen nuclei. At this point, self-sustaining nuclear reactions begin, and the star “ignites,” creating a yellow star like our sun.

In the first stage of its life, the star is powered by a series of nuclear fusion reactions that convert hydrogen to helium:

The overall reaction is the conversion of four hydrogen nuclei to a helium-4 nucleus, which is accompanied by the release of two positrons, two γ rays, and a great deal of energy:

These reactions are responsible for most of the enormous amount of energy that is released as sunlight and solar heat. It takes several billion years, depending on the size of the star, to convert about 10% of the hydrogen to helium.

Once large amounts of helium-4 have been formed, they become concentrated in the core of the star, which slowly becomes denser and hotter. At a temperature of about 2 × 10⁸ K, the helium-4 nuclei begin to fuse, producing beryllium-8:

Although beryllium-8 has both an even mass number and an even atomic number, the low neutron-to-proton ratio makes it very unstable, decomposing in only about 10⁻¹⁶ s. Nonetheless, this is long enough for it to react with a third helium-4 nucleus to form carbon-12, which is very stable. Sequential reactions of carbon-12 with helium-4 produce the elements with even numbers of protons and neutrons up to magnesium-24:

So much energy is released by these reactions that it causes the surrounding mass of hydrogen to expand, producing a red giant that is about 100 times larger than the original yellow star.

As the star expands, heavier nuclei accumulate in its core, which contracts further to a density of about 50,000 g/cm³, so the core becomes even hotter. At a temperature of about 7 × 10⁸ K, carbon and oxygen nuclei undergo nuclear fusion reactions to produce sodium and silicon nuclei:

At these temperatures, carbon-12 reacts with helium-4 to initiate a series of reactions that produce more oxygen-16, neon-20, magnesium-24, and silicon-28, as well as heavier nuclides such as sulfur-32, argon-36, and calcium-40:

The energy released by these reactions causes a further expansion of the star to form a red supergiant, and the core temperature increases steadily. At a temperature of about 3 × 10⁹ K, the nuclei that have been formed exchange protons and neutrons freely. This equilibration process forms heavier elements up to iron-56 and nickel-58, which have the most stable nuclei known.

اخر الاخبار

اخبار العتبة العباسية المقدسة

مستشفى الكفيل يعلن انضمامه لمشروع الضمان الصحي الحكومي

المجمَع العلمي يقيم مسابقة الكوثر الخاصة بترتيل القرآن الكريم في كربلاء

قسم الشؤون الفكرية والثقافية يُصدر العدد الثالث والعشرين من مجلّة (أوراق معرفية)

قسم التربية والتعليم يُطلق الموسم التدريبيّ الصيفيّ لملاكات مجموعة العميد التربوية

المزيد

الآخبار الصحية

اختراق علمي.. دواء يؤخر ظهور السكري من النوع الأول لسنوات

هذا ما يحدث لجسمك إن أهملت نظافة فراشك

لماذا تعتبر النساء أكثر عرضة للإصابة بألزهايمر من الرجال؟

لماذا يحذر الخبراء من الإفراط في تناول الفراولة؟

المزيد

الآخبار التكنلوجية

السيارات الكهربائية أنظف بنسبة 73% من سيارات الوقود

سيارة لوسِد الكهربائية تدخل "غينيس" بأطول مدى في العالم

نظرية جديدة تنسف كل ما نعرفه عن تشكل أول قارة في الأرض

منذ 37 ألف عام.. دراسة تكشف "أقدم أمراض" أصابت البشر

المزيد

مواضيع ذات صلة

التفاعل مع اصباغ الازو

تفاعل الجالكونات مع البروم

تفاعل الجالكونات مع الهكسانون الحلقي

تفاعل الجالكونات مع اليوريا ومعوضاته

تفاعل الجالكونات مع البيروكسيدات

تفاعل الجالكون مع الهيدرازين والفنيل هيدرازين

مركبات الجالكون Chalcone Compounds

تفاعل إضافة مايكل

الاضافة الالكتروفيلية الى مركبات الكاربونيل ألفا – بيتا غير المشبعة

تفاعلات تكاثف مركبات الكاربونيل

تحضير مركبات الكاربونيل ألفا – بيتا غيرالمشبعة

مركبات الكاربونيل ألفا – بيتا غير المشبعة