ОБРАЗОВАНИЕ ПЕРВЫХ АТОМОВ
Видимая материя появилась во Вселенной сразу же после Большого Взрыва – около 13,8 миллиардов лет назад. И была она вначале совсем другой, нежели сейчас – тогда ещё не успели возникнуть звёзды и планеты, не сформировались газопылевые облака – не было даже атомов и молекул. Материя напоминала «космический бульон», в котором свободно плавали элементарные частицы – кварки и глюоны.
Кварки – фундаментальная составляющая материи, элементарные частицы (в том числе протоны и нейтроны), которые пока не связаны между собой. А глюоны – вспомогательные квантовые частицы, которые и позволяют кваркам «склеиваться» между собой, образуя ядра будущих атомов (от англ. Glue – ‘клей’).
Кварк-глюонная плазма – самое раннее состояние материи во Вселенной. Оно возможно когда температура, давление и скорость частиц настолько велики, что любые связи между ними разрушаются или не успевают возникнуть. Именно такие «обстоятельства» и сложились сразу после Большого Взрыва.
Сегодня воссоздать кварк-глюонную плазму учёные пытаются на адронных коллайдерах, разгоняя и сталкивая атомы тяжёлых металлов на скорости, приближенной к скорости света. Уже удалось получить температуру до 10 триллионов градусов по Цельсию – плазма, полученная из атомов свинца, просуществовала доли секунды.
Первый химический элемент, который образовался в «новорожденной» Вселенной – водород. Его легчайшие ядра (из одного протона) начали формироваться буквально через 100 секунд после Большого Взрыва, и часть их способствовала образованию других веществ – прежде всего гелия, а также лития, бериллия и бора. Все эти элементы, расположенные в самом начале периодической таблицы Менделеева, были обнаружены учёными в составе межзвёздной среды, возникшей задолго до самих звёзд. Правда, общая масса лития, бериллия и бора ничтожно мала – менее 1% от всей материи, в то время как масса водорода и гелия после первичного процесса образования ядер химических элементов (первичный нуклеосинтез) составила, соответственно, 75% и 25%.
Первичным нуклеосинтезом, или нуклеосинтезом Большого Взрыва, называют образование химических веществ во Вселенной до появления первых звёзд – из кварк-глюонной плазмы и ядер водорода. Название происходит от лат. слова Nucleos – ‘ядро’.
Через 15-20 минут первичный нуклеосинтез полностью завершился – Вселенная продолжала расширяться, плотность и температура «космического бульона» заметно понизилась, и новые ядра образовываться перестали. Но! Это было только начало, ведь в первые минуты мироздания возникли именно ядра, а атомы и молекулы появились позднее.
Примерно через 300 – 380 тысяч лет после Большого Взрыва температура Вселенной опустилась ниже 3500 °C. Скорость мельчайших частиц в космическом пространстве тоже замедлилась, и новоиспечённые ядра, наконец, смогли «присвоить» себе свободные электроны, образовывая атомы.
В таблице Менделеева порядковый номер элемента равен количеству присвоенных электронов: у атома водорода – один электрон, у атома гелия – два, у лития – три и т.д. Первым «укомплектовался», однако, не водород, а гелий.
В лабораторных условиях гидрид гелия был получен ещё сто лет назад, и только недавно учёным удалось обнаружить эту молекулу на просторах Вселенной – в галактике NGC 702 из созвездия Кита. Открытие было сделано с помощью высокочувствительного спектрометра.
Большинство остальных химических элементов произошли в ходе вторичного, или звёздного нуклеосинтеза.
