Hvordan skabes de tunge grundstoffer?

I universet som helhed er grundstoffer tungere end brint og helium ekstremt sjældne. Universet består af rundt regnet tre fjerdedele brint og en fjerdedel helium, mens mængden af alle andre grundstoffer tilsammen udgør under en procent.

Det hænger sammen med, at universet ved big bang blev skabt med det nuværende lager af brint og helium. Alle andre grundstoffer er der­efter med stort besvær dannet i stjernerne. Hvor vanskelig en proces det har været, viser sig ved, at det i de flere end 13 milliarder år, universet har eksisteret, kun er lykkedes at omdanne under en procent af den oprindelige brint til tungere grundstoffer.

Opbygningen af grundstoffer i stjernerne sker gennem en serie af fusionsprocesser. Disse fusionsprocesser kan dog kun virke op til jern, som har atomnummer 26. Det skyldes, at fusionsprocesser med udgangspunkt i jern forbruger mere energi, end de udvikler. Dannelsen af grundstoffer tungere end jern, fx uran, der har atomnummer 92, er så vanske­lig en proces, at den i virkeligheden næsten ikke kan lade sig gøre. På universel basis udgør stoffer tungere end jern da også kun en milliontedel af grundstofferne. Det er derfor, grundstoffer som guld, platin og uran er så sjældne og kostbare.

Dannes i supernovaeksplosioner

Alle grundstoffer tungere end jern dannes i supernovaeksplosioner ved en proces, der kaldes neutronindfangning. I forbindelse med et supernovaudbrud produceres der enorme mængder neutroner. Og fordi neutroner er elektrisk neutrale, kan de uden problemer trænge ind i de eksisterende atomkerner af jern eller lettere grundstoffer. Herved dannes der isotoper med et meget stort neutronoverskud, som resulterer i ustabile radioaktive kerner.

Således kan et jernatom lynhurtigt nå at indfange op til fem neutroner, hvorved det bliver så ustabilt, at det omgående henfalder til kobolt, der har atomnummer 27. På denne måde kan der opbygges grundstoffer, som er tungere end jern. Der er dog kun meget kort tid til rådighed i den enkelte supernova, før neutronstrålingen forsvinder. Og det er kun en lille brøkdel af stjernerne – de allertungeste – der ender deres dage som supernovaer.

En ny teori går derfor ud på, at hovedparten af de tungeste grundstoffer som guld og uran er dannet ved de endnu vold­sommere processer, der finder sted, når to neutronstjerner støder sammen.