מה מקור היסודות?

מספר קטן יחסית של יסודות מרכיב את כל קיומנו. גופנו, כדור הארץ, השמש וכל מה שאנחנו מכירים ביקום מורכב ממאגר של קצת יותר ממאה אטומים שונים. זה הכול. רובנו התוודענו גם לטבלה המחזורית של מנדלייב, שממפה בצורה גאונית את היסודות על פי תכונותיהם. חלקנו הגדול גם מודעים לכך שאטומי היסודות מרכיבים את כל החומר ביקום. אבל האם שאלתם את עצמכם מאיפה הגיעו האטומים ומה מקורם?

די מדהים לדעת שלפי ההערכות העדכניות כ-73 אחוז מהחומר ביקום הם אטומי מימן ו-25 אחוז נוספים הם הליום. כל שאר היסודות ביקום אינם אלא שני אחוזים בלבד מכלל החומר שיש בו. יתרה מזאת, אם נכנסים לנבכי האסטרונומיה מגלים שאטומים הם רק 12 אחוז מהיקום ושרובו, כ-72 אחוז, משהו לא מובן לחלוטין שנקרא "אנרגיה אפלה".

אחת הסיבות לכך שהנתונים האלה כל כך מפתיעים היא שהמצב בכדור הארץ שונה מאוד. היסוד הכי נפוץ בכדור הארץ הוא חמצן, ואחריו סיליקון, אלומיניום וברזל. המימן עצמו מדשדש הרחק במקום העשירי. ועם זאת, עלינו לזכור שכוכב הלכת שלנו וכל מה שבו הם רק שבריר זעיר מכלל החומר ביקום.

בנה לך אטום

התהליך שבו נוצרים גרעינים אטומיים חדשים נקרא נוקלאוסינתזה – שילוב גרעינים. היסודות הקלים ביותר נוצרו מיד אחרי המפץ הגדול, מפלזמה של חלקיקים תת-אטומיים שהתגבשו. בשלב ההוא כשלושה רבעים מהחומר ביקום היה אטומי מימן והרבע הנוסף אטומי הליום. פרט להם היו עוד כמויות זעירות של ליתיום ובריליום – וזה הכול.

האטומים הכבדים יותר נוצרו ממימן מאוחר יותר בתהליך שנקרא נוקלאוסינתזה כוכבית. הפעם היה מדובר בתהליך מתמשך שבו בשלבים שונים במסלול החיים של כוכב התמזגו יחד מימן והליום בהיתוך גרעיני בתוך הכוכבים, שמשמשים מעין כבשני ענק. התהליך הזה אחראי לקיומם של הפחמן ושל חלק ניכר מהיסודות שבאים בעקבותיו בטבלה המחזורית. תוצרי התהליך התפזרו בסופו של דבר מהכוכב אל הגז הבין-כוכבי ויצרו ערפיליות.

רוב האטומים הכבדים יותר נוצרים בנוקליאוסינתזה של סופרנובה. גם כאן מדובר במיזוג גרעינים, אבל התהליכים הללו דורשים אנרגיה עצומה שזמינה רק בכוכבים המסיביים ביותר בשלב הסופרנובה שלהם. השלב שבו כוכב עצום מתפוצץ כשההיתוך הגרעיני שמתרחש בו ממצה את עצמו ואינו מסוגל יותר למנוע את הקריסה של הכוכב לתוך עצמו בשל כוח הכבידה העצמי שלו.

אטומים קלים יותר מפחמן, אך גדולים ממימן והליום, נוצרים בהתזה של קרניים קוסמיות. בתהליך זה הקרניים הקוסמיות פוגעים בגרעינים של יסודות כבדים יותר ומפרקות את גרעיניהם כך שנוצרים גרעינים קלים יותר כמו ליתיום בריליום ובור.

הגרעינים הכבדים ביותר, אלה שבקצה התחתון של הטבלה המחזורית, הם מעשה ידי אדם. כלומר הם נוצרו באופן מלאכותי על ידי האצה של גרעינים כבדים יחסית במאיצי חלקיקים והתנגשות שלהם במהירות אדירה ובעוצמה גדולה. ההתנגשות יוצרת גרעינים כבדים, שבדרך כלל אינם יציבים ומתפרקים תוך שברירי שניה.

חלק מהיסודות יכולים להיווצר בתהליכים שונים, כפי שאפשר לראות בטבלה כשלאחרונה נמצא שגם ליתיום יכול להיווצר בנוקליאוסינתזה של סופרנובה.