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In mehreren Artikeln über interstellare Materie bleibt für mich die Stabilität von atomarem Wasserstoff in H I -Gebieten unerklärt; welcher Mechanismus verhindert im Detail die energetisch günstige Verbindung zum Molekül H2 ? Unter irdischen Bedingungen verhält sich "naszierender Wasserstoff" extrem reaktiv.
Stellungnahme der Redaktion
Herr Hilger stellt hier eine gute Frage. Und es ist tatsächlich so, dass der neutrale atomare Wasserstoff im Universum stets einen Übergangszustand darstellt. Das galt sogar für die hunderte von Jahrmillionen dauernde Epoche im jungen Universum, in der der neutrale atomare Wasserstoff die dominierende Form der Materie war. Davor war es zu heiß im Kosmos, deshalb hat der Wasserstoff bis zum Weltalter von 380 000 Jahren in ionisierter Form vorgelegen. Wenn nichts weiter passiert wäre, dann wäre er irgendwann danach durch die expansionsbedingte Abkühlung tatsächlich in die molekulare Form übergegangen. Aber beim Weltalter von einigen hundert Millionen Jahren (bei einer Rotverschiebung zwischen ca. 10 und ca. 7) leuchteten die ersten Quasare und massereichen Sterne auf und verwandelten mit ihrer UV-Strahlung den Wasserstoff wieder in seine ionisierte Form zurück.
Zuvor war es eigentlich für Wasserstoffmoleküle schon kalt genug geworden. Aber bei der geringen Dichte, die das Universum zu der Zeit bereits hatte, reichte einfach die Zeit bis zur Re-Ionisation nicht aus. Zu wenige Wasserstoffatome waren inzwischen einem möglichen Partner für die Molekülbildung nahe genug begegnet. Deshalb gibt es im Raum außerhalb von den dichten Bereichen der Galaxien bis heute weder molekularen noch atomaren Wasserstoff in bedeutenden Mengen.
Innerhalb von Galaxien ist die Dichte hoch genug, und es gibt genug Zeit für eine Abkühlung des Gases und für die Begegnung zwischen den Atomen. Somit entsteht dort laufend in großen Mengen atomarer Wasserstoff aus ionisiertem, und in der Folge auch molekularer Wasserstoff aus atomarem. Die vielen großen Molekülwolken in unserer und in anderen Galaxien legen davon drastisches Zeugnis ab.
Nun neigt aber der molekulare Wasserstoff sehr stark dazu, Sterne zu bilden. Die massereichen unter ihnen erzeugen dann in den Molekülwolken viel UV-Strahlung. Und die wiederum heizt das Gas auf, zerlegt zuerst die Moleküle und danach auch noch die Einzelatome. Wenn einige Dutzend Millionen Jahre später die heißen, UV-reichen Sterne erloschen sind, vereinigen sich zunächst die Elektronen wieder mit den Wasserstoffkernen zu atomarem Wasserstoff. Und wenn keine weiteren Störungen eintreten, also genügend Zeit verfügbar ist, dann kühlt das Gas weiter ab und bildet wieder Wasserstoff-Moleküle.
Nun neigt aber der molekulare Wasserstoff sehr stark dazu, Sterne zu bilden. Die massereichen unter ihnen ... (siehe oben)!
Langer Rede kurzer Sinn: Die von Herrn Hilger zu Recht hinterfragte Stabilität des neutralen Wasserstoffs gibt es gar nicht. Aber es gibt trotzdem zu jeder Zeit in jeder Galaxie einen Anteil von neutralem Wasserstoff.
U.B.
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Stabilität von interstellarem atomaren Wasserstoff
27.02.2019, Werner Hilger, HildesheimIn mehreren Artikeln über interstellare Materie bleibt für mich die Stabilität von atomarem Wasserstoff in H I -Gebieten unerklärt; welcher Mechanismus verhindert im Detail die energetisch günstige Verbindung zum Molekül H2 ? Unter irdischen Bedingungen verhält sich "naszierender Wasserstoff" extrem reaktiv.
Herr Hilger stellt hier eine gute Frage. Und es ist tatsächlich so, dass der neutrale atomare Wasserstoff im Universum stets einen Übergangszustand darstellt. Das galt sogar für die hunderte von Jahrmillionen dauernde Epoche im jungen Universum, in der der neutrale atomare Wasserstoff die dominierende Form der Materie war. Davor war es zu heiß im Kosmos, deshalb hat der Wasserstoff bis zum Weltalter von 380 000 Jahren in ionisierter Form vorgelegen. Wenn nichts weiter passiert wäre, dann wäre er irgendwann danach durch die expansionsbedingte Abkühlung tatsächlich in die molekulare Form übergegangen. Aber beim Weltalter von einigen hundert Millionen Jahren (bei einer Rotverschiebung zwischen ca. 10 und ca. 7) leuchteten die ersten Quasare und massereichen Sterne auf und verwandelten mit ihrer UV-Strahlung den Wasserstoff wieder in seine ionisierte Form zurück.
Zuvor war es eigentlich für Wasserstoffmoleküle schon kalt genug geworden. Aber bei der geringen Dichte, die das Universum zu der Zeit bereits hatte, reichte einfach die Zeit bis zur Re-Ionisation nicht aus. Zu wenige Wasserstoffatome waren inzwischen einem möglichen Partner für die Molekülbildung nahe genug begegnet. Deshalb gibt es im Raum außerhalb von den dichten Bereichen der Galaxien bis heute weder molekularen noch atomaren Wasserstoff in bedeutenden Mengen.
Innerhalb von Galaxien ist die Dichte hoch genug, und es gibt genug Zeit für eine Abkühlung des Gases und für die Begegnung zwischen den Atomen. Somit entsteht dort laufend in großen Mengen atomarer Wasserstoff aus ionisiertem, und in der Folge auch molekularer Wasserstoff aus atomarem. Die vielen großen Molekülwolken in unserer und in anderen Galaxien legen davon drastisches Zeugnis ab.
Nun neigt aber der molekulare Wasserstoff sehr stark dazu, Sterne zu bilden. Die massereichen unter ihnen erzeugen dann in den Molekülwolken viel UV-Strahlung. Und die wiederum heizt das Gas auf, zerlegt zuerst die Moleküle und danach auch noch die Einzelatome. Wenn einige Dutzend Millionen Jahre später die heißen, UV-reichen Sterne erloschen sind, vereinigen sich zunächst die Elektronen wieder mit den Wasserstoffkernen zu atomarem Wasserstoff. Und wenn keine weiteren Störungen eintreten, also genügend Zeit verfügbar ist, dann kühlt das Gas weiter ab und bildet wieder Wasserstoff-Moleküle.
Nun neigt aber der molekulare Wasserstoff sehr stark dazu, Sterne zu bilden. Die massereichen unter ihnen ... (siehe oben)!
Langer Rede kurzer Sinn: Die von Herrn Hilger zu Recht hinterfragte Stabilität des neutralen Wasserstoffs gibt es gar nicht. Aber es gibt trotzdem zu jeder Zeit in jeder Galaxie einen Anteil von neutralem Wasserstoff.
U.B.