Warum wurde ein paar Minuten nach dem Urknall kein Helium mehr erzeugt?

Um He zu bilden, muss man eine intermediäre Deuteriumsynthese durchlaufen.

Dies ist nur während eines Zeitfensters möglich, in dem: (1) das Universum nicht zu heiß/dicht ist, dass Deuterium nicht lange genug überleben kann, um an weiteren Reaktionen teilzunehmen, bevor es von energetischen Photonen zerstört wird; (2) das Universum ist nicht zu kalt, um überhaupt Deuterium zu synthetisieren.

Es ist die letztere Einschränkung, die die ursprüngliche He-Synthese nach etwa 5-10 Minuten beendet, obwohl ich vermute, dass der Zerfall freier Neutronen auch einen (sehr) kleinen Beitrag leistet.

Die Heliumproduktion geht natürlich bis heute in Hauptreihensternen weiter. Der He-Gehalt des Universums und der interstellaren und intergalaktischen Medien nimmt sehr langsam zu, da die Produkte der stellaren Nukleosynthese durch Sternwinde und Supernovae verbreitet werden.

Eine Heliumbildung ist ziemlich unwahrscheinlich. Unmittelbar nach dem Urknall gab es viele ungebundene Teilchen - Protonen, Neutronen und Elektronen. Da das Universum unglaublich klein war, war die Dichte unvorstellbar hoch. Unter diesen Bedingungen könnten zwei Protonen und ein Neutron zu He-3 verschmelzen. Als das Universum wuchs, sanken die Dichten, die Temperaturen sanken und die Wahrscheinlichkeit, dass diese Fusion stattfand, sank praktisch auf Null.

Später würden Sterne für. In diesen Sternen erzeugte die Schwerkraft ziemlich hohe Dichten und Temperaturen. Glücklicherweise waren diese immer noch viel, viel niedriger als beim Urknall – sonst würden Sterne ihren Wasserstoff in Minuten statt in Milliarden von Jahren verbrennen.

Damit eine Reaktion im expandierenden Universum im Gleichgewicht ist, die Wechselwirkungsrate$\Gamma$muss viel größer sein als die Expansionsrate des Universums, was der Hubble-Parameter ist$H$. Irgendwann,$\Gamma$unten gefallen$H$, und die Wechselwirkung hörte auf, aufzutreten (sie „froze-out“, im Kosmologie-Jargon), und die Häufigkeit von Helium hörte auf, sich zu verändern. (Natürlich bis sich Sterne bildeten.)