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Zu Beginn der Zeit müssen Sterne in der Lage gewesen sein, Elemente zu erzeugen, die weitaus schwerer sind als alles, was auf der Erde oder überhaupt im gesamten Universum vorkommt.
Zu diesem Schluss kam ein Team von Astronomen unter der Leitung von Ian Roederer von der University of Michigan, nachdem es 42 Sterne in der Milchstraße untersucht hatte, deren chemische Häufigkeit nur durch die frühere Produktion von Elementen mit Atommassen von mehr als 260 erklärt werden kann.
Die meisten Elemente im Universum – fast alles, was schwerer als Wasserstoff ist – wurden von Sternen erzeugt. Der erste Weg, sie zu erschaffen, ist die Fusion. Im Herzen eines Sterns befindet sich ein Motor, der Atome zu schwereren Elementen verschmilzt.
Das schwerste Element, das bei diesem Prozess entstehen kann, ist Eisen. Das Verschmelzen von Eisen zu schwereren Elementen erfordert viel mehr Energie, als es erzeugt, woraufhin sich der Stern selbst zerstört
Es gibt eine andere Methode, die mit dieser Selbstzerstörung zusammenhängt. Bei Supernova-Explosionen, bei denen ein Stern stirbt, und bei Kilonova-Explosionen, bei denen zwei Neutronensterne miteinander kollidieren, sind die Bedingungen für den schnellen Neutroneneinfang, den R-Prozess, genau richtig.
Dies geschieht, wenn so viele lose Neutronen umherschweben, dass sie auf die verfügbaren Kerne fallen und ein schwereres Element bilden. Es bedarf einer sehr energiereichen Umgebung, damit dies geschieht, wie bei einer Supernova.
Es geht auch sehr schnell – daher der „schnelle“ Teil des Namens. Dies ist sicherlich der Prozess, bei dem Elemente wie Gold, Platin, Thorium und Uran entstehen. Aber wir wissen immer noch nicht viel darüber, wie Gegenstände erstellt werden.
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„Wir haben eine allgemeine Vorstellung davon, wie der R-Prozess funktioniert, aber die Prozessbedingungen sind sehr extrem.“ Röder erklärt.
„Wir haben keine genaue Vorstellung davon, wie viele verschiedene Arten von Orten im Universum einen R-Prozess erzeugen können, wir wissen nicht, wie ein R-Prozess endet, und wir können keine Fragen beantworten wie: Wie viele Neutronen können das?“ fügst du hinzu?
„Oder wie schwer ist das Element? Also beschlossen wir, zu untersuchen, welche Elemente durch Spaltung in einigen gut untersuchten alten Sternen entstehen könnten, um zu sehen, ob wir damit beginnen könnten, einige dieser Fragen zu beantworten.“
Die andere Möglichkeit, wie wir wissen, dass Elemente gebildet werden können, ist die Kernspaltung. Dies geschieht, wenn ein Atom in Teile zerfällt, anstatt miteinander zu verschmelzen, und das Ergebnis ein weniger massives Element ist.
Die chemischen Zusammensetzungen der 42 Sterne in der Milchstraße, die Roeder und sein Team untersuchten, sind gut untersucht.
Die ersten Sterne im Universum bestanden größtenteils aus Wasserstoff. Sie erschufen Elemente in ihren Herzen, starben und kultivierten den umgebenden Raum mit Elementen, die in nachfolgenden Sterngenerationen verbraucht wurden.
Es ist bekannt, dass die vom Team untersuchten Sterne Elemente enthalten, die durch den R-Prozess bei Supernova-Explosionen entstehen.
Die Forscher suchten jedoch nicht nach Elementen des R-Prozesses. Sie suchten nach Elementen, die Spaltprodukte sein könnten, wie Ruthenium, Rhodium, Palladium und Silber. Statt wie üblich die Sterne einzeln zu betrachten, untersuchten die Forscher sie als Gruppe.
Sie fanden ein Muster. Es wäre zu erwarten, dass bestimmte andere Elemente in bestimmten Mengen vorhanden wären, wenn die vom Team untersuchten Mineralien durch den R-Prozess hergestellt worden wären. Diese Prozentsätze gab es nicht. Das Team kam zu dem Schluss, dass dies darauf hindeutet, dass die fraglichen Elemente durch Spaltung entstanden sind.
Das bedeutet, dass die frühen Sterne, aus denen diese Metalle stammten, viel schwerere Elemente mit einer Atommasse von mehr als 260 produziert haben müssen, die sich später in leichtere, stabilere Elemente spalteten.
Wir haben noch nie beobachtet, dass diese Elemente irgendwo in der Natur vorkommen. Wir haben es im Labor gesehen, aber seine Halbwertszeit ist so kurz, dass es fast augenblicklich abgebaut wird.
Die Forschung zeigt jedoch, dass die Suche nach potenziellen Spaltprodukten Aufschluss darüber geben kann, wie wahrscheinlich oder häufig ihre Entstehung im weiteren Universum ist.
„260 ist interessant, weil wir noch nie etwas Schweres im Weltraum oder natürlich auf der Erde entdeckt haben, nicht einmal bei Atomwaffentests.“ sagt Roeder.
„Aber wenn wir sie im Weltraum sehen, erhalten wir Hinweise darauf, wie wir über Muster und Spaltung nachdenken sollten – und können uns einen Einblick in die Entstehung der reichen Vielfalt an Elementen geben.“
Die Forschung wurde veröffentlicht in Wissenschaften.
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