Daré un argumento de conteo demasiado simplificado que, con suerte, explica la esencia:
Durante la nucleosíntesis de big bang ( BBN ), hubo un número igual de protones y electrones, con aproximadamente 7 protones por cada neutrón. Pensemos en los primeros momentos de BBN, donde casi todas las reacciones involucrarán las combinaciones más simples de estos elementos (ya que tomará tiempo construir átomos más complejos).
El hidrógeno es fácil de producir en estas condiciones, ya que todo lo que necesita es un protón y un electrón para encontrarse. Casi todos los protones libres encuentran electrones para formar hidrógeno de inmediato. *
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Luego, podemos combinar dos átomos de hidrógeno o agregar un neutrón. Agregar un protón nos da Helium-2, que es inestable. Nix ese árbol entonces. También podemos agregar un neutrón, que nos da Deuterio.
Desde Deuterio (un protón, neutrón y electrón) podemos agregar otro átomo de hidrógeno u otro neutrón. Estos dos escenarios conducen a Helio-3 y Tritio (Hidrógeno-3 ), respectivamente.
El helio-3 puede atrapar otro átomo de hidrógeno o agregar un neutrón. Entonces obtenemos Lithium-4 o Helium-4 . El litio-4 es inestable, así que elimina ese árbol. El tritio también puede tomar las mismas cosas, lo que nos da Helio-4 o Hidrógeno-4 , que es inestable. Nix ese árbol.
Helium-4 puede agregar un átomo de hidrógeno o un neutrón, lo que da Lithium-5 , inestable, y Helium-5 , también inestable. Así que hemos terminado de seguir los árboles.
Entonces, para recapitular, tenemos grandes cantidades de hidrógeno-1 , una pequeña cantidad de deuterio y algo de Helio-3 y Helio-4. Pensemos en lo que pueden hacer estos átomos. Lo que hagamos será bastante raro, ya que el universo es principalmente hidrógeno, y hemos terminado de hacer elementos al agregar hidrógeno. En otras palabras, las siguientes reacciones tendrán problemas para encontrarse:
Deuterio + Deuterio solo nos da más Helio-4.
Deuterio + Helio-3 es Litio-5 ; ya lo intentamos y es inestable.
Deuterio + Helio-4 es Litio-7 : eso es estable
Helium-3 + Helium-3 es Beryllium-6, que es inestable.
Helium-3 + Helium-4 es Beryllium-7 , que es lo suficientemente estable como para sobrevivir BBN, pero se descompone en Lithium-7 antes de la formación de galaxias.
Helium-4 + Helium-4 es Beryllium-8, que es inestable.
¿Podemos seguir? Resulta que no podemos, porque no hay núcleo con 8 (o 5) nucleones que sea lo suficientemente estable. ¡Entonces el juego ha terminado!
La forma en que se hacen los elementos pesados (número atómico> 4) después de que Berilio comienza con carbono, que se crea mediante la unión de 3 átomos de Helio-4. Sin embargo, para que eso suceda, necesita una enorme densidad de helio-4, que solo se encuentra en el interior de las estrellas.
* En realidad, como señala David Kahana en los comentarios, la temperatura media de los fotones era demasiado alta para que los electrones permanecieran unidos alrededor de los protones en el hidrógeno: los electrones estaban libres en lo que se conoce como estado de plasma. Sin embargo, esto no afecta la formación de núcleos.
