Heliy çekirdegi artıq bar, amma neytral heliy atomı daa yoq. Bu nasıl ola bile? Sıcaq yaş Kâinat sağlam çekirdekni birleştire bile edi, lâkin elektronlarnıñ oña bağlı qalmasına daa yol bermegen.
İlk yengil çekirdekler kâinat tarihınıñ ilk daqiqalarında peyda oldı. Neytral atomlar ise madde ve şavle yeterince suvuyğandan soñ, çoq daa keç meydana keldi. Taqriben 380 biñ yıl — hidrogen rekombinatsiyası ve qadimiy ışıqnıñ serbest yayılması devriniñ belgisi; bütün atomlar aynı anda doğmadı. ESA: çekirdeklerden neytral hidrogenge.
Çekirdekni birleştirmek ve elektronnı bağlamaq — eki ayrı iş
Çekirdekte protonlar ve, adette, neytronlar bar. Eñ çoq rastkelgen hidrogenniñ çekirdegi — tek bir proton; bu protonlar yengil çekirdeklerniñ esas oluşuv devrinden evel de bar edi. Heliy-4 çekirdeginde eki proton ve eki neytron bar. Atomda çekirdekke elektromagnit tesirnen bağlanğan elektronlar da bulunır. Atomnıñ qurulışı.
Atomdan elektronlarnı ayırsaq, müsbet yüklü ion elde etemiz, amma çekirdekni deñiştirmek mecburiy degil. Hidrogenni heliyge çevirmek içün çekirdek terkibini deñiştirmek kerek. Hidrogen ionını neytral hidrogenge çevirmek içün ise protonğa bir elektronnı bağlamaq yeterli. Maddeniñ erken tarihında bu eki türlü deñişüvni ayırmaq müim.
İlk daqiqalar: yengil çekirdekler içün qısqa imkân
Başta yüksek energiyalı şavle yañı oluşqan deyteriy çekirdeklerini añsat parçalay edi. Bu çekirdek bir proton ve bir neytrondan ibaret; o, daa mürekkep yengil çekirdeklerge keçiş içün kerekli basamaq edi. Kâinat keñişip suvuyğanda, yıqıcı fotonlar yeterince azaldı ve bu mania zayıflap, reaktsiyalar devam ete bildi.
Bu süreç ilk nükleosintez, yani erken Kâinatta yengil çekirdeklerniñ oluşuvı edi. O vaqıtqa qadar saqlanğan neytronlarnıñ çoqusı heliy-4ke kirdi. Deyteriy, heliy-3 ve litiy-7 oluşuvınen bağlı az miqdarda çekirdekler de qaldı. Protonlarnıñ çoqusı hidrogen çekirdekleri olaraq qaldı. Particle Data Group: ilk nükleosintezniñ fizikası, §24.2.
Ne içün bütün elementler cedveli birden oluşmadı? Madde tez seyrekleşe edi, reaktsiyalarğa vaqıt az edi. Beş ve sekiz nuklondan ibaret sabit çekirdekler yoq; bu da daa ağır çekirdeklerni toplamaqnı qıyınlaştıra. Karbon, oksigen ve başqa çoq elementniñ esas tarihını soñradan yıldızlar ve diger astrofizik süreçler yazdı. Türlü elementler qaydan kele.
Çekirdekler bar, amma madde daa plazma alında
Nükleosintezden soñ adiy madde uzun vaqıt plazma alında qaldı: serbest elektronlar ve yüklü çekirdeklerden ibaret gaz. Ayrı elektronlar bağlana bile edi, lâkin şavle atomlarnı kene ionlaştıra edi. Sağlam çekirdek uzun ömürli neytral atomnıñ barlığını daa temin etmey edi.
Işıq artıq bar edi. Amma serbest elektronlar onı sıq-sıq saçıp, fotonlarnıñ yönüni deñiştire edi. Böyle ortada ışıq, bugünkü galaktikalarara boşluqta çoqusınen olğanı kibi, tesirleşmeden uzaq uçamay edi. «Şeffaf olmağan Kâinat» demek ışıq yoq demek degil. ESA: erken plazma ve şavle.
Tarqav · esaplavİhtiyariy · bu qısımnı keçmek mümkün
Kütleniñ dörtte biri — atomlar sayısınıñ dörtte biri degil
İlk nükleosintezniñ yuvarlaqlanğan neticesi: adiy madde kütlesiniñ taqriben dörtte biri heliy-4te, qalğanı ise esasen hidrogende. Bu bütün kâinat energiyasınıñ payı da, çekirdekler sayısınıñ payı da degil. PDG: heliy payınıñ tarifi, 24.1 teñlem.
12 adiy hidrogen çekirdegi ve bir heliy-4 çekirdegi tasavur eteyik. Er nuklonnıñ kütlesini taqriben birdey sayıp, elektron kütlelerini ve bağlanma energiyası farqlarını esapqa almaymız. Hidrogen 12 kütle birlemi, heliy ise 4 birlem bere:
f_(He) ≈ (4)/(12 + 4) = (1)/(4).
Amma san boyunça heliy — 13 çekirdekten tek biri, yani taqriben 7,7%. Bu ögretici esaplav; bütün izotoplarnı esapqa alğan közlem terkibiniñ tam nusqası degil.
Suvuv atomlarnıñ saqlanuvına yol berdi
Araret ve sıqlıq azaldıqça, daa çoq elektron çekirdekke bağlı qala bildi. Bu devirge rekombinatsiya deyler. Adı tarihiy: bu aynı atomlar evel de bar edi demek degil. Nükleosintez çekirdeklerni, rekombinatsiya ise olarnıñ elektron alını deñiştirdi.
Heliy elektronlarnı hidrogenden evel bağladı. Neytral hidrogenniñ keniş oluşuvı taqriben 380 biñ yıl ve 3000 K yaqınındaki araretnen bağlı. Bunlar standart kosmologik tasvirniñ yuvarlaqlanğan belgileri; süreç bir müddet devam etti ve elektronlarnıñ bir qısmı serbest qaldı. Seager, Sasselov ve Scott: asta-asta rekombinatsiya, §2.1–2.2.
Maddeniñ eki türlü deñişüvi
İlk daqiqalar
Yengil çekirdekler birleşe
Hidrogen çekirdegi: evelden bar bir proton
Heliy-4: eki proton ve eki neytron
Elektronlar çoqusınen serbest qala. Çekirdek daa neytral atom degil.
Taqriben 380 biñ yıl
Hidrogen çoqusınen neytral ola
Neytral hidrogen: proton ve bağlanğan elektron
Proton elektronnı bağlay. Çekirdekniñ terkibi deñişmey; serbest elektronlar azala.
Portaqal tüsli daireler — protonlar; heliy çekirdegindeki qalğan daireler — neytronlar. Yarım şeffaf bulut bağlanğan elektronnı köstere, onıñ orbitasını degil.
Serbest elektronlar azaldıqça, fotonlar daa seyrek saçıldı ve Kâinat çoq daa şeffaf oldı. Çoq foton o vaqıttan berli bizge doğru uça; keñişüv olarnıñ dalğa uzunlığını arttırdı. Bugün olarnı kosmik mikrodalğa fonu olaraq köremiz. Bu — daa serbest yayılmağa başlağan eski ışıq; ışıqnıñ ilk kere yaratıluvı degil.
Tarqav · süreçniñ fizikasıİhtiyariy · bu qısımnı keçmek mümkün
Rekombinatsiya ne içün bir anda olmadı?
Atom tutqan elektron evelâ uyandırılğan alğa tüşe bile. Daa sabit alğa keçkende şavle çıqa. Amma bu foton qonşu atomnı uyandıra ya da ionlaştıra bile; bu umumiy neytrallaşuvnı yavaşlata.
Fotonnıñ tekrar yutuluvdan qurtuluv yolları, o cümleden kosmologik qızılğa avışuv, müim ola. Eki foton çıqarılğan keçişler de rol oynay. Onıñ içün tam tarih tek bir araret sıñırından degil, atom keçişleri ve keñişüv esabından elde etile. Rekombinatsiyanıñ ilk esaplavı: §2.1.
Bu tarih türlü izlernen teşkerile
Nükleosintez, yıldızlar ilk terkibni az deñiştirgen yerlerde yengil elementlerniñ bolluğınen teşkerile. Meselâ, uzaq ve ağır elementlernen az zenginleşken gaznıñ spektrleri deyteriyniñ hidrogenge nisbetini esaplamağa imkân bere. Rekombinatsiya ise başqa iz — kosmik mikrodalğa fonunıñ hususiyetlerini qaldırdı.
Bu tasvir er bir sayı tam uyğun kele demek degil. Hususan, eski yıldızlardan çıqarılğan ilk litiy-7 bolluğı standart tahminden farq ete; yıldızlarda işlenüv ve başqa izaatlar araştırıla. Bu litiy meselesidir; bütün yengil elementlerniñ neticelerini teşkerilmegen saymağa sebep degil. PDG: közlemler ve litiy meselesi, §24.3–24.5.
Demek, atomlar 380 biñ yıl «çekirdeklerini bitirmek» içün beklemedi. Evelâ yengil çekirdekler peyda oldı, soñ elektronlar olarnıñ yanında bağlı qala bilecek şartlar oluştı. Hidrogen atomından elektron ayırılsa, atom ion ola; yañı kimyeviy element doğmay.