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Sterne sind gigantische Materie-Generatoren. Hier ist dier Riesenstern Antares zu sehen. Er ist in der Lage, in seinem Inneren schwerere Elemente, etwa Sauerstoff, Schwefel und Silizium zu ’synthetisieren‘.

Der 6. Astrokurstag begann ziemlich chemisch: Mit dem Periodensystem der Elemente. Doch es sollte nicht vorrangig um die chemische Bindung gehen sondern darum, wie die Elemente untereinander verwandt sind und wie sie voneinander abstammen. Diese Sichtweise ist nicht nur von chemischer, sondern von astrophysikalischer Bedeutung!

Die leichtesten Elemente sind die des Wassersftoffs (H), Helium (He) und Lithium (Li), wobei Wasserstoff das Element mit der weitesten Verbreitung im Universum ist. Es war schon immer dar, und existierte schon kurz nach dem Urknall. Auch geringere Mengen Helium und Lithium sind dabei entstanden.

Alle anderen schwereren Element sind erst später hinzugekommen und viele von ihnen wurden in den Kernen von Sternen erbrütet. Welche Elemente genau im Inneren der Sterne entstanden sind, hängt von ihrer Masse ab. Sterne fusionieren dabei leichte Elemente zu schwereren. Dabei wird Bindungsenergie freigesetzt, die der Eigengravitation und dem Druck entgegengesetzt gerichtet ist und ihn stabil hält. Die frei werdende Bindungsenergie hängt von den Elementen ab, die miteinander fusionieren. Dabei liefert die Umwandlung von Wasserstoffkernen (Protonen) zu Heliumkernen die größte Energie ab. Werden schwerere Kerne miteinander verschmolzen, so wird der freiwerdende Energiebetrag immer geringer. Und schließlich ist beim Eisen (Fe) Feierabend: Die Fusion von Eisen-Atomkernen zu noch schwereren Kernen setzt keine Energie frei; im Gegenteil: Es wird Energie benötigt. So gesehen ist Eisen also ein tödliches Gift für einen Stern.

Unsere Sonne hingegen ist zu leicht, um Eisen hervorzubringen. Bei ihrer Masse ist wahrscheinlich nach dem Anschlussbrennen von Helium zu Kohlenstoff schluss. Wenn sie dies tut, hat sie sich schon längst in einen roten Riesen verwandelt und alle inneren Planeten, auch unsere Erde, verschlungen.

Schwerere Sterne sind in der Lage, aus dem Kohlenstoff, der in den meisten ’normalen‘ Sternen erbrütet werden kann, noch schwerere Elemente zu fusionieren. Das liegt an den höheren Kerntemperaturen, die dazu erforderlich sind. Diese Elemente sind Natrium (Na), Neon (Ne) und Magnesium (Mg).

Die schwersten Sterne können noch weitere Elemente erzeugen. So entsteht aus Neon schließlich Sauerstoff (O), aus Sauerstoff Schwefel (S) und Silizium (Si) und aus Schwefel und Silizium schließlich Eisen (Fe).

Weitere Elemente können entstehen, wenn die neu entstandenen Atomkerne Neutronen absorbieren. Man spricht dann von ‚Neutroneneinfang‘. Hierbei wandeln sich die eingefangenen Neutronen über den Beta-Zerfall in Protonen um, die nun ein neues Element entstehen lassen.

Aber auch außerhalb von Sternen können neue, sehr schwere Elemente entstehen, etwa bei Supernova-Explosionen. Diese Elemente können dann sehr hohe Ordnungszahlen aufweisen, etwa Gold (Au) oder gar radioaktiv sein. Hier werden beim Auftreffen von Plasma-Schockwellen auf das interstellare Medium große Atomkerne regelrecht aufeinander gepresst!