太初核合成的特性
太初核合成有两项重要的特征:1. 它仅持续了大约17分钟(从空间扩张开始的第3分钟至第20分钟),之后,宇宙的温度和密度下跌至核聚变所需要的。太初核合成期间的短促是很重要的,因为它防止了比铍重的原子核生成,同时也允许未燃烧的氘存在。2. 它是普遍的,充斥在整个宇宙。进行计算太初核合成作用的关键参数是光子与重子的比率。这个参数与宇宙早期的温度和密度相关,能够让我们确定核聚变发生的条件,并由此导出元素的丰度。虽然光子对重子的比率在确定元素的丰度上非常重要,但数值精确与否对整个宇宙图型产生的变化很小。无须变动大爆炸理论本身的主要架构,太初核合成的结果以质量表示的丰度为大约75%的H-1、25%的He-4、0.01%的氘,和总量仅可供辨识的微量锂(只有10-10),并且没有其他的重元素。宇宙被观测到的元素丰度与理论数值的一致性,被认为是大爆炸理论最有力的证据。在这个领域习惯上是使用质量的百分比,因此25%的He-4意味着氦占有25%的质量,但是He-4的原子数目仅有总数的8%。
太初核合成的介绍
太初核合成(BBN)是物理宇宙学的一个概念,指宇宙在早期阶段产生H-1(最常见,也是最轻的氢同位素,只有单独的一个质子)之外原子核的过程。太初核合成在大爆炸之后只经历了几分钟,相信与一些较重的同位素的形成,如氘(H-2或D)、氦的同位素(He-3和He-4)、锂的同位素(Li-6和Li-7),的形成有密切的关系。除了这些稳定的原子核之外,还有一些不稳定的放射性同位素在太初核合成之际也形成了:氚(H-3)、铍(Be-7和Be-8)。这些不稳定的同位素不是蜕变就是融合成前述其它的稳定同位素。(所有这些原子核通常表示为NX,此处X = 这些元素的标准名称,N = 原子量的数值,但是这儿将简单的标示为X-N。)