Kolik chemických prvků existuje?
Chemický prvek je typ atomu, jako je vodík nebo kyslík. Od roku 2011 bylo pozorováno 118 prvků, z nichž 98 se vyskytovalo přirozeně na Zemi. V jaderných reaktorech nebo experimentech s urychlovačem částic se uměle vytvoří 20 prvků. Prvním syntetickým prvkem, který byl vytvořen v podstatných množstvích, bylo plutonium, prvek 94. Plutonium je také nejtěžší atom, který se na Zemi přirozeně nachází. S poločasem rozpadu pouhých 80 milionů let se plutonium vyskytuje v uranových rudách v extrémně malých množstvích.
Dnešní chemické prvky pocházejí z jednoho ze tří zdrojů: nukleární syntéza supernovy, hvězdná nukleosyntéza a nukleosyntéza Velkého třesku. K nukleosyntéze dochází, když jsou atomová jádra stlačena k sobě tak těsně a při tak vysoké teplotě, že překonají vzájemné odpuzování jejich elektronových nábojů a produkují těžší jádra. Tímto způsobem mohou být atomy vodíku fúzovány do jader helia, která mohou být zase spojena do jader uhlíku, pokud jsou dosaženy podmínky dostatečné teploty a tlaku.
Na začátku byl vesmír tak horký a hustý, že se skládal z volných kvarků - složek protonů a neutronů - elektronů a záření. Po miliontině sekundy se kvarky začaly spojovat do baryonů: protonů a neutronů. Prvních dvacet minut po Velkém třesku teplota vesmíru překročila teplotu ve středu nejjasnějších hvězd s hustotou vyšší než vzduch. Během této doby se protony a neutrony energicky srazily, aby vytvořily větší jádra: deuterium a dva izotopy hélia. 25 procent veškeré hmoty ve vesmíru bylo přeměněno na helium s asi 75 procenty vodíku, spolu se stopovým množstvím těžších prvků, jako je lithium. Je to podobné jako v dnešní době poměr chemických prvků.
První hvězdy vznikly asi 300 miliónů let po Velkém třesku a iniciovaly jinou formu nukleosyntézy nazývanou hvězdná nukleosyntéza. Ve hvězdné nukleosyntéze značně zhutněná hmota ve středu hvězdy podléhá jaderné fúzi, uvolňuje velké množství energie a vyrovnává gravitační síly působící na rozpad hvězdy. To lze považovat za neustále explodující H-bombu. Prvky až po železo v periodické tabulce jsou tvořeny hvězdnou nukleosyntézou.
Chcete-li vytvořit prvek, který je těžší než železo, vyžaduje jiný typ nukleosysy, supernova nukleosyntéza. Supernovy se vyskytují, když se hvězdy po katastrofální spotřebě veškerého jaderného paliva ve svých jádrech zhroutí. Atmosférická obálka hvězdy se z důvodu gravitace zhroutí dovnitř a odráží jádro vyrobené z téměř nestlačitelné hmoty "elektronově degenerované". Během tohoto náhlého odrazu je několik procent materiálu hvězdy téměř okamžitě fúzováno do těžších prvků. To uvolňuje dostatek energie pro supernovu, aby za několik dní nebo týdnů zastínila svou hostitelskou galaxii. Během této neuvěřitelně energetické vesmírné události jsou syntetizovány prvky těžší než železo.