Mi is az atom?
Az atom központjában egy nehéz mag, azaz atommag helyezkedik el, amelyet protonok és neutronok alkotnak. Ez körül keringenek az elektronok: az elektronok negatív, a protonok pozitív töltésűek, a neutronok pedig töltés nélküliek. Egy atom akkor semleges, ha ugyanannyi protonja van, mint elektronja.
A világegyetemben a legegyszerűbb atomok a hidrogén (egyetlen proton és elektron, neutron nélkül) és a hélium (két proton, két neutron, két elektron). A Földön azonban számos más atom is gyakori, például a szén vagy az oxigén. Ha az atomokban ugyanannyi proton található, akkor azonos elemet alkotnak.
Az első atomok születése
A világegyetem első atomjai, főként a hidrogén és a hélium, mintegy 400 000 évvel az ősrobbanás (Nagy Bumm, Big Bang) után alakultak ki, vagyis közel 14 milliárd éve. Ekkor az univerzum körülbelül ezredakkora volt, mint most, és sokkal forróbb is. Kezdetben az elektronok túl nagy energiával rendelkeztek ahhoz, hogy az atommagok körül keringjenek, de amikor az űr lehűlt körülbelül 2 760 Celsius-fokra, végre kialakulhattak a semleges atomok. Ezt az eseményt nevezik rekombinációnak (pontosabban inkább kombinációnak). A hélium és a deutérium atommagjai már néhány perccel az ősrobbanás után megjelentek, több mint 556 millió Celsius-fokon, azonban atommá csak később váltak. Így a világegyetem anyagának mintegy 90 százaléka hidrogén-, 8 százaléka héliumatomból áll.
A nehezebb atomok születése: csillaggyárak
A Föld és az élővilág azonban főként az ilyen egyszerű atomoknál nagyobb tömegűekből épül fel. Ezek, mint például a szén, az oxigén vagy a vas, nem az ősrobbanásból származnak, hanem csillagokban keletkeznek. Itt, extrém hőmérsékleten – akár több mint 1 milliárd Fahrenheit-fokon (azaz 556 millió Celsius-fokon) – zajlanak azok a nagy energiájú ütközések, amikor több proton és neutron összetapad. Ezt fúziónak nevezik, amelyet az úgynevezett erős magfizikai kölcsönhatás tart össze.
A szénnél nehezebb elemek, például a vas, csak nagyon forró és nagy tömegű csillagokban jöhetnek létre, míg a vasnál nehezebb elemek olyan rendkívüli eseményekhez kapcsolódnak, mint a szupernóva-robbanások, amikor egy csillag magja összeomlik, és elementáris anyagáradat lövell az űrbe. Más kozmikus események, például neutroncsillagok összeolvadása is hatalmas energiát szabadít fel, létrehozva ilyen nehéz elemeket.
A sötét anyag rejtélye
Az atomi anyag keletkezésének megértéséhez a relativitáselmélet, az atomfizika, a magfizika és a részecskefizika ismerete szükséges. Ám a világegyetemben még mindig rejtély az úgynevezett sötét anyag, amely nem atomokból áll, és eredetét továbbra is kutatják a tudósok.
