Podstawą procesów wytwarzania energii w gwiazdach, w tym też i w naszym Słońcu, jest synteza jądrowa. Najogólniej mówiąc, polega ona na łączeniu jednych jąder atomowych w inne. Wszechświat, zgodnie z dzisiejszymi szacunkami naukowców, wypełniony jest głównie wodorem. Na każde 10000 atomów wodoru przypada 1000 atomów helu, 6 atomów tlenu, 1 atom węgla, i jeden atom innych pierwiastków. Dlatego w gwiazdach głównym surowcem syntezy jest wodór, który ulega przemianie w hel.

---

Ilość energii powstającej w wyniku tej reakcji jest ogromna. Ja ogromna? Skąd się ona bierze? Energia wydzielana w procesie syntezy jądrowej bierze się z utraty masy. Najogólniej biorąc składniki biorące udział w procesie syntezy ważą więcej niż produkty tej reakcji. Np. jeżeli jeden kilogram wodoru – teoretycznie – ulegnie przemianie w hel, to uzyskamy w wyniku tej reakcji 0,993kg helu. Co da 0,7% ubytku masy. Zgodnie ze wzorem Einsteina – E=mc² - z tego ubytku masy uzyskamy 6,3*10¹⁴ dżuli czystej energii, co odpowiada energii tworzonej przy spalaniu 100000 ton węgla.

Skąd aż taka ilość energii? Za wartość odpowiada czynnik c² czyli 3*10⁸m/s, co daje po podniesieniu do kwadratu liczbę 9*10¹⁶(m/s)². Podobne zjawisko wytwarzania ogromnych ilości energii z przemian jądrowych odkryto przy okazji badania procesów promieniotwórczych radu. W wyniku przemiany promieniotwórczej 1kg pierwiastka promieniotwórczego otrzymujemy 0,999977kg radonu i cząstek alfa oraz ubytek masy na poziomie 0,0023% co odpowiada 0,000023kg. Taka masa zamieniając się w energię daje 2*10¹² dżuli – co odpowiada energii 400 ton trotylu.

Nasze Słońce w każdej sekundzie zużywa w procesie syntezy 584 miliony ton wodoru zamieniając go 580 milionów ton helu. Ubytek masy zamieniany jest w energię. Pomimo tej żarłoczności naszej gwiazdy będzie ono wytwarzało energię jeszcze przez miliardy lat ponieważ zawiera w sobie 2*10²⁷ ton wodoru.

Skąd takie ilości wodoru i helu, a z drugiej strony niewielkie ilości innych pierwiastków? Jak okazało się przy badaniu gwiazd, ilość helu jaka powstaje w wyniku syntezy wodory w ich wnętrzach jest znikomo mała w stosunku do tego co obserwujemy we Wszechświecie. Inaczej mówiąc, gwiazdy nie mogły wytworzyć tak dużej ilości helu w swoich wnętrzach. Takie proporcje i ilości pierwiastków powstały w wyniku Wielkiego Wybuchu na początku istnienia Wszechświata. W epoce rekombinacji neutrony zostały uwięzione z protonami w jądra atomowe. Model Wielkiego wybuchu dobrze tłumaczy dlaczego dzisiaj mamy takie ilości pierwiastków a nie inne. W okresie powstania teoretycznych podstaw modelu Wielkiego Wybuchu naukowcy nie potrafili dokonać odpowiednich obserwacji, które potwierdziłyby tą teorię. Kolejne lata obserwacji i konstruowania coraz większych teleskopów oraz coraz bardziej wyrafinowanych detektorów dostarczają kolejnych dowodów na słuszność takiej koncepcji naszej rzeczywistości.