Wie entstehen Elemente in Sternen?

Ein typischer Stern beginnt als dünne Wolke aus Wasserstoffgas, die sich unter der Schwerkraft zu einer riesigen, dichten Kugel sammelt. Wenn der neue Stern eine bestimmte Größe erreicht, entzündet sich ein Prozess namens Kernfusion, der die enorme Energie des Sterns erzeugt. Der Fusionsprozess zwingt Wasserstoffatome zusammen und wandelt sie in schwerere Elemente wie Helium, Kohlenstoff und Sauerstoff um. Wenn der Stern nach Millionen oder Milliarden von Jahren stirbt, kann er schwerere Elemente wie Gold freisetzen.

TL; DR (zu lang; nicht gelesen)

Die Kernfusion, der Prozess, der jeden Stern antreibt, schafft viele der Elemente, aus denen unser Universum besteht.

Kernfusion ist der Prozess, bei dem Atomkerne unter enormer Hitze und Druck zusammengepresst werden, um schwerere Kerne zu erzeugen. Da diese Kerne alle eine positive elektrische Ladung tragen und sich ähnliche Ladungen gegenseitig abstoßen, kann eine Fusion nur stattfinden, wenn diese enormen Kräfte vorhanden sind. Die Temperatur im Kern der Sonne beträgt zum Beispiel etwa 15 Millionen Grad Celsius (27 Millionen Grad Fahrenheit) und hat einen Druck, der 250 Milliarden Mal höher ist als der der Erdatmosphäre. Dabei werden enorme Energiemengen freigesetzt – zehnmal so viel wie bei einer Kernspaltung und zehn Millionen Mal so viel wie bei chemischen Reaktionen.

Irgendwann wird ein Stern den gesamten Wasserstoff in seinem Kern aufgebraucht haben, der zu Helium umgewandelt wurde. In diesem Stadium dehnen sich die äußeren Schichten des Sterns zu einem sogenannten Roten Riesen aus. Die Wasserstofffusion konzentriert sich jetzt auf die Hüllenschicht um den Kern und später wird die Heliumfusion stattfinden, wenn der Stern wieder zu schrumpfen beginnt und heißer wird. Kohlenstoff ist das Ergebnis der Kernfusion von drei Heliumatomen. Kommt ein viertes Heliumatom hinzu, entsteht bei der Reaktion Sauerstoff.

Nur die größeren Sterne können schwerere Elemente erzeugen. Dies liegt daran, dass diese Sterne ihre Temperaturen höher erhöhen können als die kleineren Sterne wie unsere Sonne. Nachdem der Wasserstoff in diesen Sternen aufgebraucht ist, durchlaufen sie eine Reihe von nuklearen Verbrennungen, abhängig von der Arten von Elementen, die erzeugt werden, zum Beispiel Neonverbrennung, Kohlenstoffverbrennung, Sauerstoffverbrennung oder Silizium Verbrennung. Bei der Kohlenstoffverbrennung durchläuft das Element eine Kernfusion, um Neon, Natrium, Sauerstoff und Magnesium zu erzeugen.

Wenn Neon brennt, verschmilzt es und produziert Magnesium und Sauerstoff. Sauerstoff wiederum liefert Silizium und die anderen Elemente, die im Periodensystem zwischen Schwefel und Magnesium zu finden sind. Diese Elemente wiederum produzieren diejenigen, die im Periodensystem in der Nähe von Eisen sind - Kobalt, Mangan und Ruthenium. Eisen und andere leichtere Elemente werden dann durch kontinuierliche Fusionsreaktionen der oben genannten Elemente hergestellt. Es kommt auch zu einem radioaktiven Zerfall instabiler Isotope. Sobald sich Eisen gebildet hat, kommt die Kernfusion im Kern des Sterns zum Stillstand.

Sterne, die ein paar Mal größer sind als unsere Sonne, explodieren, wenn ihnen am Ende ihres Lebens die Energie ausgeht. Die Energien, die in diesem flüchtigen Moment freigesetzt werden, stellen die der gesamten Lebenszeit des Sterns in den Schatten. Diese Explosionen haben die Energie, Elemente zu erzeugen, die schwerer als Eisen sind, einschließlich Uran, Blei und Platin.