M8 Nukleosynthese und chemische Häufigkeiten

Thema

Der Protagonist dieses Modells ist das chemische Inventar der Galaxie über die gesamte kosmische Zeit hinweg.

Die schwereren Elemente werden im Inneren von Sternen gebildet und dann durch Sternwinde und Supernovae in das interstellare Medium verteilt und versorgen so Generation für Generation dasselbe galaktische chemische Inventar.

Bei der Nukleosynthese des Urknalls, die in den ersten drei Minuten des Universums stattfand, entstanden Wasserstoff, das am häufigsten vorkommende Helium – mit vier Nukleonen im Kern – und Spuren von Deuterium, leichteres Helium – mit drei Nukleonen – und schweres Lithium – mit sieben Nukleonen im Kern. Die noch immer in den metallärmsten Galaxien beobachteten Urhäufigkeiten sind der direkteste Beweis für das Modell des heißen Urknalls.

Der langsame Prozess des Neutroneneinfangs findet wiederum in den Riesensternen des asymptotischen Zweigs statt: Dort erfolgt jeder Neutroneneinfang langsamer als der darauffolgende radioaktive Zerfall, sodass die Kerne Schritt für Schritt wachsen, bis sie so schwere Elemente wie Blei und Wismut erreichen.

Der schnelle Neutroneneinfangprozess hingegen erfordert extreme Neutronendichten und kommt bei Neutronensternverschmelzungen und den am schnellsten kollabierenden Supernovae vor, wobei die schwersten bekannten Elemente entstehen – Gold, Platin, Thorium, Uran –, deren Ursprung per Definition ein katastrophales Ereignis ist. Die direkte Beobachtung einer Neutronensternverschmelzung bestätigte, dass bei dieser Art von Ereignis tatsächlich Gold und Silber entstehen.

Die durchschnittliche Metallizität derselben Galaxie ist im Laufe von dreizehn Milliarden Jahren stetig gestiegen, von praktisch Null in der ersten Generation von Sternen bis zum heutigen Sonnenwert, in einem langsamen Zyklus chemischer Anreicherung, der sich Generation für Generation schließt: Jeder Stern, der stirbt, gibt dem interstellaren Medium das schwere Material zurück, das dann die nächste Generation von Sternen ernährt, und wenn diese nächste Generation stirbt, wiederholt sie den gleichen Beitrag zu einem immer reichhaltigeren Inventar. Vom chemischen Inventar der Galaxie, mit dem dieses Dokument beginnt, bis zu dem sich wiederholenden Anreicherungszyklus, mit dem es endet, über die Nukleosynthese des Urknalls führen der langsame und der schnelle Prozess des Neutroneneinfangs, der Nukleosynthese und der galaktischen chemischen Anreicherung dazu, dass das gleiche Inventar an Elementen wächst, Generation für Generation von Sternen, bis aus einer Urgalaxie fast ohne Metalle eine Galaxie mit der chemischen Zusammensetzung wird, die wir heute beobachten.

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