När man i början av 1900-talet fick möjlighet till och lärde sig att analysera innehållet av grundämen inte endast i vår egen sol utan även de mest avlägsna stjärnor fann man ett underligt faktum: Alla stjärnor i alla galaxer hade nästan precis samma sammansättning av grundämen! Precis som vår sol innehöll de alla kända grundämnen från de lättaste väte och helium till de allra tyngsta. Senare fann man att det även i rymden mellan stjärnorna fanns alla grundämnen representerade. Var kom dessa grundämen från, i vilken process hade de skapats? En del av svaret kunde man finna i att många av dem hade alstrats i stjärnorna. Men långt ifrån alla; ämnen tyngre än järn kan inte bildas. Vår sol som är av medelstorlek klarar inte av att producera ens detta. På sin höjd omvandla helium till kol och syre. Men då krävs speciella betingelser. Återstår alltså mer än 70% att förklara. En bra förklaring fanns:ämnen tyngre än järn bildas i samband med att vissa stjärnor blir instabila och exploderar som supernovor. Men:

"Universums kemiska sammansättning är alltså föränderlig, men förändringen är utomordentligt långsam – det har behövts bortåt 15 miljarder år och kanske ett tusental generationer av tunga stjärnor för att åstadkomma någon enstaka procent av ämnen tyngre än helium." (Kosmos, 1993).

År 1930 påvisades för första gången interstellär materia och omkring 1975 att det också finns intergalaktisk. Hur har denna materia kommit dit? Återigen förklaras det med supernovaexplosioner. Dessa anses alltså tillföra det interstellära mediet flest grundämnen av alla astronomiska objekt och anses också ge upphov till den kosmiska strålningen. Supernovateorin används som en slags papperskorg dit allt kastas då närvaro av vissa grundämnen ska förklaras. Material som är äldre än solsystemet – som en viss aluminiumisotop (²⁶Al) förklaras t.ex. med denna teori:

"Den intressanta frågan är var ²⁶Al i sin tur kom ifrån. Det måste ju ha bildats bara några få miljoner år innan kondenseringen i solnebulosan skedde. Vi vet ännu inte med säkerhet, men en attraktiv möjlighet är att ²⁶Al bildades i en exploderande supernova i närheten av det moln ur vilket solsystemet skulle bildas. Detta kan möjligen verka som en osannolik slump.../Detta är just nu en populär hypotes..." (a.a.).

Alla stjärnor utan undantag innehåller alla grundämnen! Inga saknas!

Vårt solsystem innehåller alla kända stabila grundämnen. Eftersom många av dem varken kan ha bildats i Big Bang eller genom fusion i stjärnor genom solcykeln måste de ha något annat ursprung. De tyngsta grundämnena kan såvitt vi förstår endast ha bildats efter supernovor som genererat ett högt flöde av fria neutroner. Dessa kan ha absorberats av lättare atomkärnor och därmed bildat tyngre grundämnen.. Detta innebär att vår sol måste tillhöra andra generationens stjärnor. Faktum är att det borde finnas gamla stjärnor som enbart innehåller väte och helium, men några sådana har man inte funnit. Alla stjärnor utan undantag innehåller alla grundämnen! Inga saknas! Skillnaden på yngre och äldre stjärnor är endast att de äldre, alltså sådana som bildades under Universums allra första tid, har en betydligt mindre andel tunga grundämnen.

Den förklaring till grundämnenas urprung och uppkomst som forskarna arbetar efter antas ske i fem olika processer:

1) Vid Stora Smällen: Väte, helium och litium.
2) Tunga supernovor då de flesta grundämnen bildas, utom beryllium, kobolt, nickel, koppar, zink, plus 16 andra grundämnen, alltså sammanlagt ca. 20 stycken.
3) Röda jättestjärnor, där också ett stort antal grundämnen kan bildas.
4) Lätta supernovor, där 8 stycken kan bildas (från vanadin till zink).
5) Spallation, en process som antas äga rum i den kalla gasen mellan stjärnorna. Där kan litium, beryllium och bor bildas.

Figur 1.
Vid den Stora Smällen, The Big Bang, antas de med grönt färgade atomslagen bildas, alltså H (väte), He (helium) och Li (litium).

Figur 2.
Tunga supernovor producerar de flesta grundämnena (de gult markerade). Dock inte alla som vi ser ovan, t.ex. kobolt (Co), nickel (Ni), koppar (Cu), zink (Zn) med flera.

De fem olika processerna som nämnts ovan kan alltså producera de allra flesta av våra grundämnen, dock inte alla, vilket visas i figuren nedan där de är sammanfattade:

Figur 3.
Ovan kan vi se resultatet av de fem processerna (beskrivet ovan). De som inte är markerade är instabila, radioaktiva. De existerar endast kort tid som sönderfallsprodukter av andra ämnen. Tex. radon (Rn). De som är omarkerade över uran (U), som plutonium (Pu) har mycket kort halveringstid och skapas t.ex. vid kärnexplosioner. Nobelium (No), med flera är skapade på laboratorier på jorden

Att Universums alla grundämnen har skapats vid dessa processer är alltså fullt möjligt. Men är det rimligt? Det finns åtskilligt som talar emot detta. (Några har redan nämnts tidigare):

1) Supernovaexplosioner är extremt sällsynta. Man räknar med att endast tre inträffar i vår egen galax Vintergatan på tusen år.

2) Som vi ser ovan finns dessutom olika slag av supernovor där endast de "värsta" explosionerna kan producera de flesta grundämnena. Dessa är extra extremt sällsynta.

3) De allra tidigaste, äldsta stjärnorna innehåller också alla grundämnen, om än de tyngre grundämnenas andel är mycket mindre, jämfört med unga stjärnor.

4) Grundämnena finns överallt i världsrymden, även där de inte "borde" vara. Se exemplet med aluminumet i texten ovan! ("Vi vet ännu inte med säkerhet, men en attraktiv möjlighet är att ²⁶Al bildades i en exploderande supernova i närheten av det moln ur vilket solsystemet skulle bildas. Detta kan möjligen verka som en osannolik slump.../Detta är just nu en populär hypotes...").

En osannolik slump, var ordet. Det är helt enkelt inte rimligt att denna förklaring stämmer med den faktiska spridningen och fördelningen av grundämnena i Universum.

a) Enligt denna standardteori måste alltså de allra första och äldsta stjärnorna bestå av endast väte och helium. Men några sådana har man aldrig funnit. Det måste ta längre tid för bildning av stjärnor som kan åstadkomma supernovaexplosioner, än för vanliga stjärnor att bildas. Det ena måste ju föregå det andra.

b) För att en stjärna skall hinna bildas som har den mycket sällsynta möjligheten att senare utvecklas till en supernova av det tunga slaget krävs alltså tid. Miljoner, kanske miljarder år. Under denna tid bildas miljarder och åter miljarder nya stjärnor, samtidigt som världsrymden expanderar. När så den första supernovaexplosionen kommer är miljarder och åter miljarder stjärnor utom dess räckhåll. Likaså miljoner ljusår av rymd. En ock annan supernova är förmodligen med i denna expansion, men måste befinna sig mycket, mycket långt borta från alla de överiga stjärnorna. Exakt hur långt borta är en rent statistisk fråga, men en överslagsberäkning talar som sagt för mycket djupa stjärnrymder. Vad händer då vid en sådan explosion? Jo, de grundämnen som bildas kommer ju att ta mycket, mycket lång tid på sig att spridas vidare. Samtidigt som rymden expanderar ännu fortare...Problemet är ju också att innan stjärnor överhuvudtaget kan bildas, och därmed också de sällsynta presumtiva supernovorna, så måste enligt all logik galaxer först bildas. Enligt beräkningar tar det 1-2 miljarder år att bilda galaxer. Sedan bildar de i sin tur stjärnor och ibland supernovor. Alltså hela galaxer betående enbart av väte och helium...

Big Bang-modellen ger alltså ingen kosmologisk förklaring på hur och på vad sätt grundämnena har uppkommit, utom för de allra lättaste väte, helium och litium. Man är långt ifrån säker på detta. Huruvida vår egen sol fått sitt järn från lätta eller tunga supernovor, ja därom tvistar ännu experterna, exempelvis. Inte heller ger teorin en förklaring på den relativa fördelning grundämnena faktiskt har.

"Ett slående drag i frekvensfördelningen är att när man kommer till grundämnen med en atomvikt av ca 100, blir kurvan mera vågrät och visar nästan samma frekvens för alla element i den övre hälften av det periodiska systemet, Denna överraskande form hos denna empiriskt funna kurva, dess i början branta fall (märk exponetiellt!) följt av ett tämligen vågrätt förlopp i fortsättningen, innebär uppenbarligen en betydelsefull anvisning om under vilka villkor atomerna en gång bildades. Varje teori som gör anspråk på att ge en riktig bild av 'atomkokningsprocessen' måste också vara i stånd att förklara denna frekvenskurva".

Detta skrev en av grundarna av BB-kosmologin, den världsberömde atomfysikern Georg Gamow, i början av 1950-talet.


Georg Gamow
Fann "en betydelsefull anvisning om under vilka villkor atomerna en gång bildades. Varje teori som gör anspråk på att ge en riktig bild av 'atomkokningsprocessen' måste också vara i stånd att förklara denna frekvenskurva".

Gamows teori kom dock att förkastas till förmån för supernova-teorin. Orsaken var:

"The problem is that during the time, 3 minutes after the big bang when the
temperatures had cooled so that heavier nucleii could be formed, the
universe was expanding so fast that the density of these particles fell
very very fast. There just wasnt enough time to form elements heavier
than Lithium. ALso, there is a big energy gap between lithium and
Berillium and heavier elements, so that when they could have formed, the
universe was already too cool to give the neutrons enough energy to fuse
heavier nuclei." (Den amerikanske fysikern Dr Sten Odenwald, våren år 2000).

En annan mekanism för grundämnesbildningen genom neutroninfångning

Med den mekanism som stod till förfogande- BBs - fanns alltså inte

a) tillräckligt med tid (endast några minuter)
b) och inte tillräckligt med energi för neutronerna

Men med en annan mekanism, där det finns hur mycket tid som helst och fullt tillräckligt med energi för neutronerna, så bör Gamows teori fungera.


"Det är naturligtvis omöjligt att verifiera denna teori (Gamows) genom att i kosmisk skala upprepa hela förloppet. Det finns andra teorier som går ut på att grundämnestillverkningen inte skedde en gång för alla för miljarder år sedan utan alltjämnt fortsätter i alla galaxerna. Oberoende av detaljutformningen är i varje fall teorin för grundämnesbildningen genom neutroninfångning synnerligen tilltalande, och den goda överensstämmelsen mellan atomkärnornas kända egenskaper och grundämnenas relativa förekomst gör det högst sannolikt att teorin också är riktig." ( Man måste tydligen gå till gamla böcker för att få veta sanningen: Se t.ex. den : Den fantastiska neutronen, av Donald J. Hughes, en av Amerikas mest framstående kärnfysiker, enligt baksidestexten, min kurs.).

Om vi nu befriar Gamows teori från den synnerligen trånga tröja som BB-modellen och dess synnerligen tidsbundna mekanism på några minuter erbjuder och ger neutronerna tillräckligt med tid och lämplig energi genom den mekanism som den nya modellen ger, så måste vi säga att med detta förbehåll och tillägg det är "högst sannolikt att teorin också är riktig".

Det innebär också "att grundämnestillverkningen inte skedde en gång för alla för miljarder år sedan utan alltjämnt fortsätter i alla galaxerna." Universum tillförs hela tiden nya neutroner i den alternativa modellen, när de sönderfaller alstras fullt tillräckligt med energi och de har god tid på sig att låta sig infångas av ("gamla") atomkärnor för att bygga upp nya och tyngre grundämnen överallt i hela Universum. En sådan mekanism kan förklara både spridningen och dess relativa förekomst. Grundorsaken till att Gamows tilltalande teori inte fungerade vid närmare analys är därmed undanröjd.

Figur 4.
Ovan ges ett exempel på hur nya grundämnen kan byggas upp genom neutroninfångning. Det är alltså genom denna metod som Gamow tänkte sig att Universums grundämnen hade byggts upp. Naturligtvis tillkommer också en del av dessa genom supernovor.

Den högst otillfredsställande och osannolika teorin för grundämnesbildningen och -spridningen i allt väsentligt, och nästan enbart genom sällsynta supernovaexplosioner kan förpassas till det vetenskapshistoriska muséet.

Varför innehåller äldre stjärnor mindre andel grundämnen och yngre desto mer?



Ännu en observation som stöder denna teorin, utöver den gamovska neutroninfångningens eleganta teori, är sammansättningens av tyngre grundämnen i unga och gamla stjärnor. Astronomerna har nämligen funnit en slags lag som säger att ju äldre stjärnor desto mindre andel har de av tunga ämnen. De allra äldsta har visserligen alla grundämnen, men deras andel är alltså mycket mindre jämfört med unga stjärnor. Lagen innebär därmed också att desto yngre en stjärna är, desto större andel har de av tunga grundämnen. Just detta synes tala emot denna nya kosmologiska modell som innebär att nya neutroner ständigt tillförs Universum. Gamla stjärnor bör ju därmed ha haft lång tid på sig att ansamla neutroner. Och omvänt att nya inte hunnit med denna anrikning, kan man tycka. Men anrikningen sker inte i första hand hos stjärnorna, utan i det stoff som så småningom bildar dem. Denna process innebär att den stjärnbildande gasen anrikas med tiden genom det ständiga bombardemanget av nya neutroner - som sedan i sin tur låter sig infångas av atomkärnorna och därvid successivt i själva molnet av gas kan bygga upp allt tyngre grundämnen.

Alla stjärnor har en historia som alltså innebär att de har bildats ur jättestora gasmoln av främst väte och helium. Dessa moln i sin tur är ansamlade till galaxer, med ungefär samma ålder. Detta betyder att ju äldre stjärngas desto fler sådana tunga grundämnen lika med desto yngre stjärnor. Och vise versa; gamla stjärnor har bildats ur stjärngas som haft alltför liten tid för exponering och insamling av neutroner. Denna s k stjärngas är alltså från början en ansamling av i huvudsak väte och helium med en mycket stor volym. Vilket alltså innebär en större förmåga att samla på sig neutroner som i sin tur kan bygga upp nya och tyngre grundämnen. När en stjärna sedan föds är dess volym i världsrymden nästan försumbart liten i förhållande till det moln det en gång har bildats ur vilket kan sträcka sig över många ljusår. Vi kan jämföra med vår egen sol vars närmsta granne ligger 4-5 ljusår bort i rymden. Ett sådant gasmoln med en sådan utsträckning och volym har ju ofantligt mycket större förmåga att svara för neutroninsamling än den lilla volym på kanske någon ljussekund som vår sol inrymmer. När väl en gång en stjärna har bildats är alltså dess förmåga att samla på sig nya neutroner ofantligt mycket mindre.

Sammanfattningsvis: Ju äldre gasmoln desto fler tunga grundämen desto yngre stjärnor. Och omvänt: Ju kortare tid ett gasmoln har haft på sig att insamla och bygga upp nya och tyngre grundämen, desto längre tid har stjärnan funnits till, desto mindre andel nya och tunga grundämen.

*) Som jämförelse kan nämnas att varje sekund pumpas 1,6*10⁶¹ st. neutroner in i Universum. Det är ett ofantligt antal. Men av dessa sönderfaller inte en sjundedel av dessa; fortfarande ett ofantligt antal förstås. Å andra sidan kommer dessa att fördelas på hela Universums volym. Antalet per kubikmeter blir ofantligt litet. Räknat på hela solens volym blir det dock s a s mätbart; det innebär drygt en neutron per timme. Det blir alltså inte många nya neutroninfångningar till nya och tyngre grundämnen på denna tid även om man räknar på miljoner eller miljarder år. F.ö. måste de ha funnits där ifrån början, vilket jordklotets sammansättning av grundämnen talar för.

Volymen som exponeras är avgörande. På en större volym, t.ex. räknat på kubikljusår e.d. blir antalet förstås mycket stort. På en kubikljussekund räcker det till över 20 miljarder partiklar per sekund. De gasmoln som solen en gång bildats ur och som alltså kan räknas i kubikljusår finns alltså alla chanser för uppbygge av nya och tyngre grundämnen även under relativt kort tid.

För Jordens del motsvarar dess volym att ta emot partiklar 2-3 neutroner i veckan. Av sådana som verkligen sönderfaller och registreras som "mystiska" s k gammastrålningsutbrott (outbursts) ,upptäckt på 1970-talet, motsvarar det alltså 2-3 om dagen, kan avslutningsvis nämnas. (Se "kartan" nedan!)

Gamma outbursts har registrerats under lång tid. Antalet är två till tre om dagen.