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Die kosmische Häufigkeit der Elemente Seminar Milchstraßensystem Stefan Kiefer 25.01.2010.

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Präsentation zum Thema: "Die kosmische Häufigkeit der Elemente Seminar Milchstraßensystem Stefan Kiefer 25.01.2010."—  Präsentation transkript:

1 Die kosmische Häufigkeit der Elemente Seminar Milchstraßensystem Stefan Kiefer

2 Vorbetrachtung chemische Elemente 80 stabile E. (90% der Isotope stabil) H... Pb 3 pseudostabile E. Bi, Th, U Rest: instabile E. unterschiedlicher Zerfallsdauer

3 Wo kommen die Elemente her? Stichwort Nukleosynthese primordiale Synthese 1 H/ 2 H, 3 He/ 4 He & 7 Li bis 10 3 s nach der kosmischen Singularität (kS) Materiezusammensetzung: 76% H, 24% He +Rest Li kosmische Kernfusion (Wasserstoffbrennen) ab s nach kS D + T 4 He + n + 17,6 MeV Heliumreaktion (Heliumbrennen) Bildung der Elemente 6 (12), 8 (16), 10 (20)

4 Kohlenstoff-, Sauerstoff-, Siliciumreaktionen Bildung aller Elemente bis 56 Fe Elemente mit Massenzahlen > 56 Fe Bildung durch Neutroneneinfang bei Supernovaexplosionen Elemente Li, Be, B stellarphysikalisch instabile E. Zerstörung schon bei wenigen Mill. K können nicht durch Reaktionen in Sternen entstehen Bildung durch Stoßreaktion im ISM Atome 12, 16, 20 durch Stöße mit Teilchen der kosmischen Strahlung

5 Kosmische Elementhäufigkeit – Wie? Informationenquellen der Häufigkeit der 80 (+3) stabilen Elemente Spektrallinien der - Atmosphäre Spektrallinien heller (naher) Sterne Analyse der Elementhäufigkeit in C-Meteoriten

6 Häufigkeiten in der und in Sternen () Analyse des Spektrums Vorrausetzung: isolierte Linien im Spektrum keine Überlagerung Problem: praktisch nicht erfüllt für Elemente kleiner Häufigkeit Schlussfolgerung: einige Elemente, wie z.B. Edelgase (He) nicht bestimmtbar ca. 60 Elemente im - Spektrum und ca. 20 im Spektrum anderer Welche Sterne eigenen sich? fast ausschließlich F/G – Problematisch: kühle K/M - aufgrund zahlreicher Molekülbanden heiße O/B - aufgrund der großen Rotationsgeschwindigkeit

7 G – Sterne haben große Lebensdauer alte Sterne mit geringer Metallhäufigkeit Sterne aus der Frühzeit der MS Möglichkeit die Elementhäufigkeitsentwicklung nachzuvollziehen

8 Edvardson et al.

9 G – Sterne haben große Lebensdauer alte Sterne mit geringer Metallhäufigkeit Sterne aus der Frühzeit der MS Möglichkeit die Elementhäufigkeitsentwicklung nachzuvollziehen Mg/O/Si werden (vor allem) durch SN II gebildet und mit ISM gemischt bereits in der Frühphase der MS geschehen C wird (vor allem) von A/G/B-Sternen gebildet Produktion setzt verspätet ein -> Kurvenknick Prinzipiell: Elementgehalt zu Anfang niedrig kontinuierliche Zunahme der Metallizität älteste Sterne nur 1/1000 der Metallizität der Sonne

10 o C&N relativ zu Fe kaum Änderung in t o Fe wird in SN Ia synthetisiert C und N in AGB Sternen o in beiden Fällen wird Häufigkeit von der langen Lebensdauer kleiner und mittlerer Sterne in der MS dominiert o Synthese der Elemente hängt von der Art der Vorgängersterne ab Edvardson et al.

11 Feststellung: Häufigkeitsentwicklung in der MS sehr gleichförmig Sterne die in gleicher Zone entstehen haben sehr ähnliche Häufigkeiten offensichtlich keine Exoten nur der Anteil der schweren Elemente gegenüber H und He ändert sich der Anteil der schweren Elemente zueinander varriert dagegen kaum Fragestellung: Ist die solare/stellare Häufigkeit eine universelle Häufigkeit? Oder: Wie kann die solare Häufigkeit überprüft werden? Lösung: Durch den Vergleich mit der meteorischen Häufigkeit!

12 © National Museum of Natural History (Washington)

13 © Washington University (St. Louis) © MPI für Chemie (Mainz)

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15 Feststellung: Übereinstimmung der Häufigkeiten geringe Abweichungen für leichtflüchtige Elemente Chondriten vom Typ C1 sind: Urmaterial in dem alle schweren Elemente auskristallisiert sind Elemente in der die sich nicht über Spektrum bestimmen lassen: in Relation zu Si genauso häufig wie in C1 Chondriten Ergebnis: Kombination aus solarer und meteorischer Häufigkeit ergibt: kosmische Elementenhäufigkeit

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18 Allgemeines zum Schluss: die häufigsten Elemente sind H (~75) und He (~25) (Überraschung??) die einzige Variation ist: die Veränderung der Metalle in Relation zu H und He Metalle: O, C, Fe und Ne stellen 80% der Häufigkeit Mg, Si, S und N stellen 16% der Häufigkeit alle anderen schweren Elemente gehen nur mit 4% ein Harkinsche Regel: Elemente mit gerader Kernladungszahl sind häufiger als die mit ungerader Li/Be/B – Trog: diese drei Elemente können nicht durch Kernfusion gebildet werden entstehen nur durch Kollision von kosmischer Strahlung mit schweren Atomen im ISM Eisenspitze: relative Anreicherung von Fe (-Gruppe (Cr, Mn, Co, Ni)) aufgrund großer Bindungsenergie Bleispitze: die meisten instabilen radioaktiven Elemente (schwerer als Blei) zerfallen bis zum stabilen 206/07/08 Pb

19 Vielen Dank für die Aufmerksamkeit


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