В 1946 Фред Хойл с соавторами сформулировал проблему образования тяжелых элементов из водорода, указал на процессы, ведущие к образованию элементов тяжелее углерода. Совместно с У. Фаулером и Дж. и Э. М. Бербиджами Фред Хойл рассмотрел нуклеогенезис на ранних этапах развития Солнечной системы, при вспышках сверхновых, в массивных объектах. Считается, что именно Фред Хойл10 впервые употребил термин «Большой Взрыв» (Big Bang большой хлопок), обозначив им модель (теория горячей Вселенной Гамова, Дж. А.), альтернативную его собственной.
Несмотря на все «достоинства» теория Большого Взрыва и αβγ-теория не могли объяснить наблюдаемое соотношение различных химических элементов во Вселенной, а также образование ядер с малым числом нейтронов. Предпринятая Гамовым попытка развить космологическую идею образования всех атомов на раннем этапе расширения Вселенной (αβγ-теория) путем последовательного присоединения нейтронов и последующими β-распадами не увенчалась успехом вследствие возникшей проблемы «провала масс» отсутствия в природе ядер с массовыми числами 5 и 8.
Вот почему эта теория была оставлена и уступила место теории образования химических элементов в недрах звезд, разработанной в 19541957 годах в основном трудами того же Ф. Хойла, а также У. Фаулера, А. Камерона, и супругами Дж. и Э. М. Бербиджей. По Дж. Бербиджу для того, чтобы в звездах могли образовываться все химические элементы, требуется 8 следующих типов ядерных процессов, детализация:
1. Выгорание H в результате р-р- реакции или C-N-О цикла (цикла Бете). При обоих процессах Н преобразуется в Не. Эти процессы требуют температуры порядка 8·106К. Последовательность завершается путем реакций:
либо 3He (α,γ), 7Be (е-,ν); 7Li (ρ,α), 4He,
либо путем 3He (α,γ), 7Be (ρ,γ), 8B (β-,ν), 8Be (α), 4He;
2. Выгорание Hе по реакции 3α12С. При последующем добавлении α-частиц образуются кислород и неон (16 O и 20 Ne). Этот процесс требует более высокой температуры.
3. Процесс с участием вновь образованных α-частиц, приводящий к образованию из ядер 20 Ne последовательно 24Mg, 28Si, 32S, 36Cl, 40Ca, 44Sc, 48Ti. Для этих превращений требуется еще более высокая температура.
4. Равновесный процесс, который образует элементы в области «железного пика», т.е. 50V, 52Cr, 54Mn, 56Fe, 56Co, 58Ni. Этот равновесный процесс происходит при 4·10 9 К.
5. s-процесс (slow-медленный), являющийся цепной реакцией с захватом нейтронов. Он протекает достаточно медленно для того, чтобы некоторое число βактивных ядер успело распасться, прежде чем произойдет очередной захват нейтрона. В этом процессе образуются ядра вплоть до 200Bi. S-процесс играл важную роль в синтезе элементов Солнечной системы;
6. r-процесс (repid быстрый) быстро (менее 100с) протекающая цепная реакция с захватом нейтронов, при которой образуются ядра U, Th, Np, Pu вплоть до Lr;
7. p-процесс. В результате его образуются некоторые редкие тяжелые изотопы, богатые протонами. Он протекает при высоких температурах (10 9 К) в реакциях типа (ρ,γ) и (γ,n) с уже существующими тяжелыми изотопами;
8. x-процесс, необходимый для образования ядер дейтерия, Li, Be и B, крайне неустойчивых в условиях звездных недр.
Якобы доказательством реальности этих процессов являются наблюдения, свидетельствующие, что многим звездам свойственно превращение H в He. При этом в звездах небольших размеров синтезируются и другие легкие ядра начала периодической системы элементов.
По САП тяжелые атомные ядра образуются при звездных взрывах, связанных с определенными катастрофическими этапами жизни гигантских сверхзвезд. Было замечено, что огромные вспышки, сопровождающие такие этапы и соответствующие по яркости свечению сотен тысяч солнц, довольно быстро гаснут. При этом полупериод падения яркости (56 суток) поразительно точно совпадает с периодом полураспада Cf. Не исключено, что в момент взрыва сверхзвезд происходит синтез таких тяжелых ядер, как 254Cf и ему подобных. В пользу этого предположения говорит тот факт, что Cf обнаружен в продуктах взрыва водородных бомб.
Согласно современным научным представлениям (САП), практически все химические элементы образовались процессами ядерного синтеза и образуются в недрах звезд, что приводит к их эволюционным изменениям. Поэтому проблема образования нуклидов тесно связана также и с вопросами эволюции звезд. На основе данных о распространенности химических элементов в природе ученые пришли к выводу, что наиболее вероятным источником образования большинства ядер являются последовательности дискретных ядерных процессов, протекающих в недрах звезд, то есть отдельных групп ядерных реакций. Впервые таблица распространенности элементов была составлена Г. Зюссом и Г. Юри в 1956 году на основе химического состава земной коры, метеоритов и Солнца. Современные данные о распространенности нуклидов представлены на рисунке графической зависимостью содержания нуклидов до последних устойчивых изотопов Pb и Bi и иллюстрирует многие особенности, отражающие характерные свойства различных процессов нуклеосинтеза. Среди наиболее заметных особенностей выделяется пик группы железа, содержание элементов в котором на 23 порядка выше, чем на сглаженной части. Имеются также небольшие двойные пики вблизи массовых чисел 90, 135 и 200.