Kerne und Sterne
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Kerne und Sterne (Was verbindet Mikro- und Makrokosmos?) Andreas Wagner Institut für Strahlenphysik Frage • Wie sind die Atomkerne entstanden (Elementsynthese) ? Antwort • In Kernreaktionen während des normalen Lebenslaufs eines Sterns oder in Sternexplosionen! Andreas Wagner Institut für Strahlenphysik “PLOPP” SUPERNOVA He Li H SONNE SONNENSYSTEME GALAXIEN Fe C N O U Moderne Astronomie: Infrarot-, Radio-, Optische, Röntgen-, Gamma-, Neutrino- Andreas Wagner Elementsynthese Klassische Astronomie Institut“Himmelsmechanik” für Strahlenphysik Was ist ein Atomkern ? Wasserstoff 1 Proton Helium 2 Protonen Lithium 3 Protonen Atomkerne bestehen aus Protonen und Neutronen. Das chemische Element wird durch die Anzahl der Protonen bestimmt. Viele chemische Elemente haben mehrere stabile Isotope, d.h. Kerne mit verschiedener Neutronenanzahl Andreas Wagner Institut für Strahlenphysik Anzahl der Protonen Z Chemische Eigenschaften Die Nuklidkarte Wie häufig sind die Atomkerne im Sonnensystem ? Woher kommen diese? Masse 5 Schranke Schranke bei Massen 5 & 8: keine schweren Elemente aus dem Urknall! Anzahl der Neutronen N Andreas Wagner Institut für Strahlenphysik Informationen über die Häufigkeit der Atomkerne im Sonnensystem • Die Sonne: Spektroskopie des Lichts von der Sonne verrät die Elemente. • Sonnenwind: Atomkerne, die von der Sonne ausgesandt werden • Die Erde und der Mond: Isotopenverteilungen der Elemente • Meteorite: enthalten Materie aus der Zeit als das Sonnensystem gebildet wurde Andreas Wagner Institut für Strahlenphysik Sonnenwind aus der solaren Corona UV Film der solaren Corona 0.4 mg Material Aufgenommen durch SOHO/EIT Satelliten, NASA/ESA Andreas Wagner Institut für Strahlenphysik Meteorite Kohlige Chondrite enthalten undifferenzierte Materie, die sich seit der Entstehung kaum verändert hat. Chondren sind Einschlüsse, die sich aus dem präsolaren Nebel gebildet haben. Andreas Wagner Institut für Strahlenphysik Häufigkeiten der Atomkerne im Sonnensystem Wasserstoff: Massenanteil X = 0.71 Helium: Massenanteil Y = 0.28 Metallizität (Massenanteil von allen anderen Kernen) Z = 0.019 Schwere Elemente (jenseits Nickel) Massenanteil 0.000004 (4*10-6) Andreas Wagner Institut für Strahlenphysik Bildung der Elemente im Universum H, He, Li Sternentstehung Urknall Planeten Sächsische Zeitung Nukleosynthese !! Nukleosynthese kontinuierliche vom 16.01.2006 Lebenslauf Anreicherung, Auswurf der (2006) 1901 ): (Science 311 eines Sterns Materie in das ISM Erhöhung der Metallizität = Schnellster Neutronenstern Anteil schwerer Elemente mit 716 Hz Periode ist nun PSR J1748-2446ad. Überreste (WZ,NS,SL) Tod eines Sterns (Supernova) Nukleosynthese Nukleosynthese!! SL: Schwarzes Loch NS: Neutronenstern WD: Weisser Zwerg (Stern) ISM: Interstellares Medium Andreas Wagner Institut für Strahlenphysik Nukleosynthese in Sternen Fusionsprozess Produkte Zeitdauer F(Mstern) Temperatur Kelvin Wasserstoff-Brennen Helium >106 Jahre 1*107 Helium-Brennen Kohlenstoff, Sauerstoff ~105 Jahre 1*108 Kohlenstoff-Brennen Sauerstoff,Neon, Natrium,Magnesium ~ 500 Jahre 5*108 Neon-Brennen Sauerstoff, Magnesium ~ 1 Jahr 1*109 Sauerstoff-Brennen Magnesium – Schwefel ~ 6 Monate 2*109 Silizium-Brennen Eisen, Nickel ~ 1 Tag 3*109 Andreas Wagner Institut für Strahlenphysik Elementsynthese im Universum Fusionsreaktionen in Sternen bis Eisen number(Anzahl) frac tion Häufigkeit 0 10 -1 10 -2 10 -3 10 -4 10 -5 10 -6 10 -7 10 -8 10 -9 10 -10 10 -11 10 -12 10 -13 10 Neutroneneinfangprozesse Bindungsenergie pro Kernbaustein H,He,Li Urknall r-Prozess peaks (Kernschalenabschlüsse) s-Prozess peaks Kernschalenabschlüsse Fe peak Blei, Uran U,Th Au Pb 0 50 100 150 200 MassenzahlAnzahl von Kernbausteinen Andreas Wagner Institut für Strahlenphysik 250 Sieht man davon heute noch etwas? Aber ja! Einige Nuklide haben Lebensdauern gegenüber radioaktivem Zerfall, der vergleichbar mit dem Alter unseres Sonnensystems ist. Beispiele sind: Kalium-40 (1 Ga), Uran-235/238 (700 Ma, 4.5 Ga) und Thorium-232 (14 Ga). Sie können diese Kernzerfälle an unserem Stand vor der Tür sehen. Andreas Wagner Institut für Strahlenphysik