Hver eru algengustu frumefni alheimsins og hve mörg atóm eru í honum öllum?

Nafn þitt

Netfang þitt

Netfang móttakanda

Ruslpóstvörn =

Svar

Hver eru algengustu frumefni alheimsins og hve mörg atóm eru í honum öllum?
Algengasta frumefnið í alheiminum er vetni ‒ léttasta og einfaldasta frumefnið, enda stendur það fremst í lotukerfinu svokallaða. Vetnisfrumeindin samanstendur af einni jákvætt hlaðinni róteind í kjarnanum og einni neikvætt hlaðinni rafeind sem segja má að sveimi um kjarnann. Lítið er um hreint vetni hér á jörðinni en talsvert af því er bundið í vatni, $H_{2}O$, en $H$-ið táknar vetni (og $O$-ið súrefni). Sólin okkar er hins vegar að langmestu leyti úr vetni, að þremur fjórðu hlutum. Mynd 1 sýnir hlutföll fyrstu $27$ frumefna lotukerfisins í sólinni okkar og endurspeglar sú mynd að mestu samsetningu efnis í alheiminum öllum. Á eftir vetni er næstalgengasta frumefnið helín og það þriðja er súrefni.

Algengasta frumefnið á jörðinni er hins vegar járn og telur það rétt um þriðjung af heildarmassanum, en hún vegur $6\cdot 10^{24}~\text{kg}$. Járnið situr nánast allt í kjarnanum í miðju jarðar. Álíka mikið er af súrefni en helmingi minna er af kísli og magnesíni. Brennisteinn, nikkel, kalk og ál telja svo saman um $8$ hundraðshluta af massa jarðar, en önnur efni eru í snefilmagni. Út frá þessu má svo áætla að fjöldi þeirra atóma sem finnast á jörðu sé rétt um $140$ billjón billjón billjón billjónir, eða með tugveldistáknun: $1,4\cdot 10^{50}~\text{atóm}$. Frumefnin í lotukerfinu eru $118$ talsins og flest er þau að finna á jörðinni. Nokkur þeirra hafa menn þó aðeins búið til á tilraunastofum en þau finnast ekki í náttúrunni.

Ef frumefni finnst á jörðu, finnst það líka í geimnum. Í árdaga urðu léttustu frumefnin, vetni og helín til nokkru eftir Miklahvell, þegar heimurinn þandist út og kólnaði. Svo þegar fram liðu stundir þéttist efnið í alheimi saman í gasský, sem taka að falla saman undan eigin þunga og mynda stjörnur. Inni í stjörnum verða til ný frumefni. Sólin okkar brennir til að mynda vetni í kjarnanum og býr til helín. Seinna meir mun hún taka að brenna helíni og búa til kolefni og súrefni. Stórar stjörnur geta búið til enn þyngri frumefni á borð við neon, kísil og járn. Frumefni þyngri en járn verða þó aðeins til í sprengistjörnum, í miklum hamförum sem verða við ævilok þeirra stjarna sem eru hvað stærstar. Þar verða til frumefni eins og gull, silfur, úran, sesín og blý.

Og óskaplega eru þær margar frumeindirnar. Í sólinni einni, sem vegur $2^{30}~\text{kg}$ má áætla að samankomin séu rétt ríflega $10^{57}~\text{atóm}$. Massi venjulegs efnis í vetrarbrautinni okkar er um $7\cdot 10^{10}~\text{sólmassar}$, sem skilar um $10^{68}~\text{atómum}$ í vetrarbrautinni okkar. Með ofulítilli heimsfræði má svo áætla að í alheiminum öllum séu um $10^{80}~\text{atóm}$. Hér er gert ráð fyrir því að sólin, vetrarbrautin okkar og alheimurinn allur séu eingöngu úr vetni, sem er vissulega ekki alveg rétt, en nógu gott fyrir þessa útreikninga.

Heimildir og mynd:

• Carroll, B. W. og D. A. Ostlie (2007). An Introduction to Modern Astrophysics. San Fransisco: Pearson, Addison-Weasey.
• Sævar Helgi Bragason (2010). Jörðin - Stjörnufræðivefurinn. (Skoðað 29.8.2012).
• Sævar Helgi Bragason (2010). Sólin - Stjörnufræðivefurinn (Skoðað 29.8.2012).

Hér er einnig svarað spurningunum:

• Hvað er jörðin úr mörgum frumeindum? Spyrjandi: Jóhann Óðinsson
• Hvað eru mörg atóm í einni plánetu á stærð við jörðina? Spyrjandi: Grímur Daníelsson
• Hvað er algengasta frumefni alheimsins? Ekki hvað þyngd varðar heldur fjölda atóma? Spyrjandi: Sigurður Þór Sigurðsson
• Hvað eru margar frumeindir í öllum heiminum? Spyrjandi: Kristinn Halldórsson
• Hvað eru mörg atóm í vetrabrautinni? Spyrjandi: Eysteinn Guðni Guðnason
• Hvað eru mörg atóm á jörðinni? Spyrjandi: Stefán Páll
• Hvaða efni eru úti í geimnum, sem vitað er af? Spyrjandi: Sigtryggur Ellertsson
• Hvaða frumefni er algengast í jörðu? Spyrjandi: Arnþór Magnússon

...