Hur många kemiska element finns det?
Ett kemiskt element är en typ av atom, som väte eller syre. Från 2011 hade 118 element observerats, varav 98 av dessa förekom naturligt på jorden. 20 element skapas artificiellt i kärnreaktorer eller partikelacceleratorexperiment. Det första syntetiska elementet som skapades i betydande mängder var plutonium, element 94. Plutonium är också den tyngsta atomen som finns naturligt på jorden. Med en halveringstid på bara 80 miljoner år förekommer plutonium i extremt små mängder i uranmalm.
Dagens kemiska element kommer från en av tre källor: supernova-nukleosyntes, stjärnnukleosyntes och Big Bang-nukleosyntes. Nukleosyntes inträffar när atomkärnorna pressas samman så nära och vid så hög värme att de övervinner den ömsesidiga repulsionen av deras elektronskal och producerar tyngre kärnor. På detta sätt kan vätekärnor smälta samman till heliumkärnor, som i sin tur kan smälta samman till kolkärnor, om förhållanden med tillräcklig temperatur och tryck uppnås.
I början var universum så hett och tätt att det bestod av inget annat än fria kvarkar - beståndsdelarna av protoner och neutroner - elektroner och strålning. Efter en milels sekund började kvarkerna smälta samman till baryoner: protoner och neutroner. Under de första tjugo minuterna efter Big Bang överskred universumets temperatur temperaturen i mitten av de ljusaste stjärnorna, med en täthet större än luft. Under denna period kolliderade protoner och neutroner energiskt för att bilda större kärnor: deuterium och två isotoper av helium. 25 procent av allt ämnet i universum omvandlades till helium, med cirka 75 procent väte, tillsammans med spårmängder av tyngre element som litium. Detta liknar dagens förhållande mellan kemiska element.
De första stjärnorna bildades ungefär 300 miljoner år efter Big Bang och inledde en annan form av nukleosyntes som kallas stellar nukleosyntes. Vid stjärnnukleosyntes genomgår kraftigt kompakterat ämne i mitten av en stjärna kärnfusion, frigör stora mängder energi och balanserar ut tyngdkraften som verkar för att kollapsa stjärnan. Detta kan betraktas som en kontinuerligt exploderande H-bomb. Element upp till järn på det periodiska bordet bildas i stjärnnukleosyntes.
För att skapa ett element som är tyngre än järn krävs en annan typ av nukleosytes, supernova-nukleosyntes. Supernovaer uppstår när stjärnor kollapsar katastrofalt efter att ha konsumerat allt sitt kärnbränsle i sina kärnor. Stjärnans atmosfäriska kuvert kollapsar inåt på grund av tyngdkraften och studsar från en kärna gjord av nästan okomprimerbar "elektron-degenererad" materia. Under detta plötsliga studs smälts flera procent av stjärnmaterialet i tyngre element nästan omedelbart. Detta släpper ut tillräckligt med energi för att supernova ska överträffa värdgalaxen under dagar eller veckor. Element som är tyngre än järn syntetiseras under denna otroligt energiska kosmiska händelse.