原子の起源：ビッグバンから私たちの惑星まで

要約

この記事では、原子の起源と、私たちが見る世界がどのように形成されたかについて探求します。ビッグバンから始めて、星の形成と超新星による新元素の創造を追跡します。また、星自体と同じガス雲から私たち自身を含む惑星が形成された方法についても説明します。

ビッグバンとガスの形成

原子の物語は、14億年前に起こったビッグバンから始まり、ガスだけから成る宇宙が生まれたことから始まります。この時点では、星や惑星は存在せず、ガスは最も単純な元素である水素だけで構成されていました。ガスは約75％が水素であり、残りのほとんどがヘリウムでした。この時点では他の元素は存在しませんでした。

星の形成と核融合

時間の経過とともに、重力により、ガスの一部の領域は他よりも密度が高くなりました。これらの高密度領域はさらに多くのガスを引き付け、重力の引力を強め、さらにガスを引き付けるなどして、大きな密度の高いガス球が形成されました。そのような球の中心部分が核融合に十分な高温になると、水素原子がヘリウムを形成し、大量のエネルギーが放出され、重力の収縮力に対抗するほど強力なエネルギーが生じます。核融合反応から出る推進力が全てのガスを引きつける重力と釣り合うと、平衡が生じ、星が誕生します。

超新星と元素の創造

巨大な星の中心部での核融合反応は、その寿命の間にヘリウムだけでなく、炭素、酸素、窒素など周期表の他の全ての元素、鉄までを生み出します。しかし、いずれにしても、中心部の燃料が尽きると、完全に崩壊します。これにより、超新星と呼ばれる信じられないほど強力な爆発が引き起こされます。超新星が元素を作り出す方法について2つのことを注意する必要があります。まず、この爆発は非常に多くのエネルギーを放出するため、銀、金、ウランなど、鉄よりも重い原子を持つ元素を形成する核融合が荒れ狂います。二番目に、星の中心に蓄積されていた炭素、酸素、窒素、鉄などの全ての元素、および超新星爆発で形成された全ての元素は、既に存在していたガスと混ざる星間空間に放出されます。

惑星の形成

元の水素とヘリウム以外に多くの元素を含むガス雲は、より高密度の領域を持ち、それによってより多くの物質を引き寄せます。これにより、新しい星が形成されます。私たちの太陽は、約50億年前にこのようにして誕生しました。これは、宇宙が始まって以来の超新星爆発から多くの元素で濃縮されたガスから生まれたことを意味します。惑星は、星自体と同じガス雲から偶然に形成され、私たちの地球が形成されたガス雲の炭素、窒素、酸素などがわずか2％であったにもかかわらず、これらの重い元素が私たちの惑星とその上にあるすべてのものの大部分を形成します。

結論

まとめると、水素と一部のヘリウム以外のすべてのものを構成する原子は、核融合と超新星爆発によって星の中で作られました。私たちを含むすべての惑星は、その星が周回する同じガス雲から形成され、その重い元素は星が形成された同じプロセスによって作られました。Harlow Shapleyは、「私たちは岩の兄弟、雲のいとこです。」と言ったように、私たちは岩や雲と同じ元素からできています。