¿Cómo surgieron los elementos (y la materia) después del Big Bang? ¿Comenzaron todos con hidrógeno y helio a través de diversas reacciones?

El Big Bang produjo principalmente hidrógeno y helio con solo trazas de otros elementos. Esto se debe a lo rápida que fue la expansión, las temperaturas y presiones correctas para producir elementos solo ocurrieron por un corto tiempo, y hay un cuello de botella severo después del helio.

El resto de los elementos se producen en estrellas, supernovas y, como se confirmó recientemente, en colisiones de estrellas de neutrones.

En las estrellas, los elementos hasta el hierro se producen por fusión. Evitan el cuello de botella de helio utilizando mucho tiempo y altas concentraciones de helio: 2 helios combinados se desmoronarán rápidamente, pero si un tercero choca antes de que eso ocurra, producirá carbono, que es un buen punto de partida para todo lo demás.

Las supernovas producen y extienden varios elementos más pesados ​​que el hierro. La reciente detección de ondas gravitacionales de la colisión de estrellas de neutrones mostró que algunos elementos particularmente pesados ​​como el oro fueron creados y diseminados. Se estimó que la cantidad de oro expulsada en esa colisión fue mayor que la masa de la tierra, ¡por un amplio margen!

El proceso por el cual el helio (y algo de litio, y las huellas de otras cosas) se formaron inmediatamente después del Big Bang se llama nucleosíntesis de Big Bang. Sin embargo, eso es todo lo que llegó; los elementos que son más pesados ​​que eso tuvieron que esperar.

Una vez que se formaron las estrellas (muchos millones de años después), las reacciones nucleares dentro de ellas pudieron producir todos los elementos, incluido el hierro. Pero, de nuevo, eso es todo lo posible.

Todo lo más pesado que el hierro es el resultado de eventos espectacularmente de alta energía, como las supernovas (o, como hemos observado recientemente, dos estrellas de neutrones que chocan y se fusionan entre sí).

Hidrógeno y helio condensados ​​de la sopa de quark-gluon.

Elementos más ligeros formados a partir de la nucleosíntesis estelar, según lo propuesto por Fred Hoyle. Esto solo funciona hasta el hierro. Sin embargo, las estrellas de primera generación probablemente no produjeron nada más pesado que el litio.

Elementos más pesados ​​formados por supernovas y kilonovas.

Se cree que el hidrógeno y el helio fueron los únicos elementos que se formaron naturalmente después del Big Bang. Los otros elementos fueron creados por fusión nuclear en los corazones de las estrellas y expulsados ​​al espacio cuando esas estrellas se volvieron Nova. Como dijo Carl Sagan, “todos estamos hechos de material estrella”