Elementovervloed in het heelal
Share
De elementensamenstelling van het universum wordt berekend door het licht te analyseren dat wordt uitgezonden en geabsorbeerd door sterren, interstellaire wolken, quasars en andere objecten. De Hubble-telescoop heeft ons begrip van de samenstelling van sterrenstelsels en gas in de intergalactische ruimte ertussen enorm uitgebreid. Men gelooft dat ongeveer 75% van het universum bestaat uit donkere energie en donkere materie, die verschillen van de atomen en moleculen die deel uitmaken van de dagelijkse wereld om ons heen. De samenstelling van het grootste deel van het universum is dus verre van begrepen. Spectrale metingen van sterren, stofwolken en sterrenstelsels vertellen ons echter de elementaire samenstelling van het gedeelte dat uit normale materie bestaat.
Meest overvloedige elementen in de Melkweg
Dit is een tabel met elementen in de Melkweg, die qua samenstelling vergelijkbaar is met andere sterrenstelsels in het universum. Houd in gedachten dat elementen materie vertegenwoordigen zoals we die begrijpen. Veel meer van de melkweg bestaat uit iets anders!
| Element | Elementnummer | Massafractie (ppm) |
|---|---|---|
| waterstof | 1 | 739.000 |
| helium | 2 | 240.000 |
| zuurstof | 8 | 10.400 |
| koolstof | 6 | 4600 |
| neon | 10 | 1340 |
| ijzer | 26 | 1090 |
| stikstof | 7 | 960 |
| silicium | 14 | 650 |
| magnesium | 12 | 580 |
| zwavel | 16 | 440 |
Meest overvloedige element in het heelal
Op dit moment is waterstof het meest voorkomende element in het universum. In sterren versmelt waterstof tot helium. Uiteindelijk stromen enorme sterren (ongeveer 8 keer zo massief als onze zon) door hun voorraad waterstof. Vervolgens trekt de kern van helium samen en levert voldoende druk om twee heliumkernen tot koolstof te smelten. Koolstof smelt samen tot zuurstof, dat smelt in silicium en zwavel. Silicium smelt in ijzer. De ster raakt zonder brandstof en gaat supernova, waardoor deze elementen weer in de ruimte worden vrijgegeven.
Dus als helium in koolstof versmelt, vraag je je misschien af waarom zuurstof het derde meest voorkomende element is en niet koolstof. Het antwoord is omdat de sterren in het universum vandaag geen eerste generatie sterren zijn! Wanneer nieuwere sterren worden gevormd, bevatten ze al meer dan alleen waterstof. Deze keer fuseren sterren waterstof volgens de zogenaamde C-N-O-cyclus (waarbij C koolstof is, N stikstof is en O zuurstof is). Een koolstof en helium kunnen samen smelten om zuurstof te vormen. Dit gebeurt niet alleen in massieve sterren, maar ook in sterren zoals de zon zodra deze zijn rode gigantische fase ingaat. Koolstof komt echt achter als een type II supernova optreedt, omdat deze sterren koolstoffusie ondergaan in zuurstof met bijna perfecte voltooiing!
Hoe elementovervloed in het universum zal veranderen
We zullen er niet zijn om het te zien, maar wanneer het universum duizenden of miljoenen keren ouder is dan nu, kan helium waterstof inhalen als het meest voorkomende element (of niet, als er genoeg waterstof in de ruimte achterblijft te ver van andere atomen te fuseren). Na een veel langere tijd is het mogelijk dat zuurstof en koolstof de eerste en tweede meest voorkomende elementen worden!
Samenstelling van het heelal
Dus als gewone elementaire materie het grootste deel van het universum niet verklaart, hoe ziet zijn samenstelling eruit? Wetenschappers debatteren over dit onderwerp en herzien percentages wanneer nieuwe gegevens beschikbaar komen. Voor nu wordt aangenomen dat de materie en energiesamenstelling zijn:
- 73% donkere energie: Het grootste deel van het universum lijkt te bestaan uit iets dat we vrijwel helemaal niet weten. Donkere energie heeft waarschijnlijk geen massa, maar materie en energie zijn aan elkaar gerelateerd.
- 22% donkere materie: Donkere materie is spul dat geen straling uitzendt in een golflengte van het spectrum. Wetenschappers weten niet precies wat donkere materie is. Het is niet waargenomen of gecreëerd in een laboratorium. Op dit moment is de beste gok dat het koude donkere materie is, een substantie die bestaat uit deeltjes vergelijkbaar met neutrino's, maar veel massiever.
- 4% gas: Het grootste deel van het gas in het universum is waterstof en helium, gevonden tussen sterren (interstellair gas). Gewoon gas straalt geen licht uit, hoewel het wel wordt verspreid. Geïoniseerde gassen gloeien, maar niet helder genoeg om te concurreren met het licht van sterren. Astronomen gebruiken infrarood-, röntgen- en radiotelescopen om deze kwestie in beeld te brengen.
- 0,04% sterren: Voor menselijke ogen lijkt het universum vol sterren te zijn. Het is verbazingwekkend om te beseffen dat ze zo'n klein percentage van onze realiteit uitmaken.
- 0,3% neutrino's: Neutrino's zijn kleine, elektrisch neutrale deeltjes die met bijna lichtsnelheid reizen.
- 0,03% zware elementen: Slechts een kleine fractie van het universum bestaat uit elementen die zwaarder zijn dan waterstof en helium. Na verloop van tijd zal dit percentage groeien.
