Когда появилось первое ядро ​​углерода во Вселенной?

Я химик со страстью к астрофизике и физике элементарных частиц, и одна из самых удивительных вещей, которые я узнал в своей жизни, — это процесс звездного нуклеосинтеза. Меня огорчает то, что мои коллеги так часто указывают на периодическую таблицу и рисуют сложные структуры, но при этом никогда не интересуются, откуда взялись элементы, на которые они опираются, и полностью упускают из виду красоту, лежащую в основе.

Насколько я понимаю, существует несколько типов условий нуклеосинтеза (большой взрыв, звездный, сверхновый, аккреционный диск черной дыры, искусственный, пикноядерный и, возможно, другие), первые три из которых наиболее важны при обсуждении состава Вселенной. , но я хочу сосредоточиться на аспекте нуклеосинтеза Большого взрыва.

Вселенная стала чрезвычайно горячей после инфляции (по крайней мере, так думают), и во время остывания был очень короткий период, в течение которого температуры и плотности были достаточными для существования протонов и нейтронов и их превращения в более тяжелые элементы. Однако этот период нуклеосинтеза был настолько коротким, что большинство нуклонов, образовавшихся в ходе бариогенеза, даже не успели слиться, превратившись в водород. Из того количества, которое удалось сжечь, почти все остановились на гелии, чему способствовала исключительная стабильность$^4He$ядра относительно своих соседей. Говорят, что было произведено лишь небольшое количество лития, и я редко слышал, чтобы кто-то обсуждал элементы тяжелее этого. Часто говорят, что «металлы» (в астрономическом смысле) действительно появились только после того, как начался звездный нуклеосинтез, но после окончания бариогенеза вокруг уже было много материи (примерно столько же, сколько$10^{80}$присутствующие сейчас барионы?), так что даже мельчайшая атомная доля элемента может соответствовать его галактической массе.

Было бы очень здорово, если бы оказалось, что углерод, сам материал жизни, какой мы ее знаем, вообще не существовал до тех пор, пока не прошло более ста миллионов лет после Большого взрыва , когда начало загораться первое поколение звезд. Однако я не знаю, так ли это, поскольку подтверждение или опровержение основано на точном количественном моделировании нуклеосинтеза Большого взрыва. Можно ли выяснить, когда появились первые ядра углерода? Я попытался использовать поисковую систему, но мой конкретный запрос полностью утонул в ссылках, охватывающих более общие аспекты нуклеосинтеза.

Примечание: я полагаю, что если рассматривать материю за пределами наблюдаемой Вселенной, то, вероятно, ядра углерода существовали даже на самом маленьком временном шаге после начала нуклеосинтеза, потому что явно нелепое количество пространства, которое, как ожидается, будет там, вполне может сокрушить почти невозможное. вероятность образования углерода. Таким образом, расчет интереснее, если ограничиться нашим наблюдаемым объемом.