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Nukleosynthese: Der Ursprung der Elemente. Teil 2: Durch Neutroneneinfang zu den schwersten Atomkernen

Sterne sind kosmische Hochöfen: Sie produzieren die Stoffe, aus denen wir und alle Materie in unserer Umgebung bestehen. Doch die während ihrer Entwicklung ablaufenden ­Kernfusionen können die Herkunft der schwersten Elemente nicht erklären. Die aktive ­Forschung im Zusammenspiel von Kern- und Astrophysik hat die explosiven Wege erkundet, denen wir die Hälfte der Elemente von Eisen bis Blei und Wismut und alle noch schwereren Elemente verdanken.
Verschmelzende Neutronensterne

Etwa 98 Prozent aller sichtbaren Materie im heutigen Universum bestehen aus Wasserstoff und Helium, den beiden leichtesten Elementen. Alle übrigen Atomsorten machen nur einen kleinen Anteil aus, sind aber für unsere Lebensgrundlagen von existenzieller Bedeutung. Woher diese schweren Elemente stammen, war lange Zeit unbekannt. Erst in der ersten Hälfte des 20. Jahrhunderts waren verschiedene Teildisziplinen der Physik so weit entwickelt, dass die Wissenschaftler in kleinen Schritten einer Lösung dieser Frage näher kamen.

Eine wichtige Erkenntnis gelang in den 1930er Jahren, als Physiker wie Hans Bethe (1906 – 2005) und Carl Friedrich von Weizsäcker (1912 – 2007) die Energiequelle unserer Sonne entschlüsselten: In ihrem Innern verschmelzen bei hohen Temperaturen und Drücken die Kerne von Wasserstoff zu Helium. Mit solchen Kernfusionsreaktionen, bei denen Energie frei wird, ist auch der Aufbau von schwereren Elementen bis hin zum Eisen zu erklären.

Aber Elemente, die noch schwerer sind als Eisen, woher stammen sie? ...

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Sterne und Weltraum – Highlights am Himmel: Die spektakulärsten Ereignisse des Jahres 2026

In dieser Ausgabe von »Sterne und Weltraum« haben wir wieder die spannendsten Beobachtungshighlights des kommenden Jahres für Sie zusammengestellt. Außerdem: Warum die Entstehung neutronenarmer Kerne im Sonnensystem Rätsel aufgibt und welcher neu entdeckte kernphysikalische Prozess die Lösung sein könnte. Wir zeigen, welche Störeffekte die Jagd nach Exoplaneten erschweren, und werfen einen Blick auf Earendel – den vermeintlich ältesten Stern des Universums, der sich vielleicht doch als Sternhaufen entpuppt. Jubiläum: Die Geschichte der traditionsreichen Sternwarte Sonneberg in Thüringen, die im Dezember 2025 ihr 100-jähriges Bestehen feiert.

Spektrum - Die Woche – Die radikale Lösung für die Plastikkrise

Plastik war einst eine Revolution – heute ist es ein Umweltproblem. Forschende in Deutschland wollen das ändern: mit neuen Kunststoffen, die vollständig recycelbar sind. Außerdem: Warum der Urknall vielleicht ganz anders war, was Männer bei einer Vasektomie erwartet und mehr.

Sterne und Weltraum – Weltformel: Lässt sich die Quantenphysik mit der Schwerkraft vereinen?

Seit einem Jahrhundert versuchen Fachleute, die Quantenphysik mit der Schwerkraft zu vereinen. Die Geschichte ist durchzogen von vielen Durchbrüchen, Wendungen und Streitigkeiten. Wir geben Ihnen einen Überblick über die Entwicklungen der wichtigsten Ansätze. Weiter informieren wir Sie über den neuen interstellaren Besucher 3I/ATLAS, der im Juli 2025 auf seiner Durchreise durch unser Sonnensystem entdeckt wurde, und stellen ein prämiertes »Jugend forscht«-Projekt vor, bei dem Schüler mittels öffentlicher Daten und eigener Beobachtungen einen Exoplaneten nachweisen konnten. Darüber hinaus: Die erste Frau auf einem Astronomielehrstuhl und, weshalb es im Oriontrapez durch veränderliche Sterne zu seltenen Himmelsschauspielen kommt. Ein spannender Blick in Astronomie und Forschung.

  • Literaturhinweise

Burbidge, E. M. et al.: Synthesis of the Elements in Stars. In: Review of Modern Physics 29, S. 547 – 654, 1957

Cameron, A. G. W.: Nuclear Reactions in Stars and Nucleogenesis. In: Publications of the Astronomical Society of the Pacific 69, S. 201 – 222, 1957

Käppeler, F. et al.: The s-Process: Nuclear Physics, Stellar Models, and Observations. In: Review of Modern Physics 83, S. 157 – 193, 2011

Martinez-Pinedo, G.: Supernova Evolution and Nucleosynthesis. In: Physik Journal, Nr. 8–9/2008, S. 51 – 56

Martinez-Pinedo, G. et al.: Der Beginn einer Multimessenger-Ära. In: Physik Journal, Nr. 12/2017, S. 20 – 22

Rosswog, S. et al.: Detectability of Compact Binary Merger Macronovae. In: Classical and Quantum Gravity 34, 104001, 2017

Thielemann, F.-K. et al.: Nucleosynthesis in Supernovae. In: Space Science Reviews 214:62, 2018

Winteler, C. et al.: Magnetorotationally Driven Supernovae as the Origin of Early Galaxy r-Process Elements? In: The Astrophysical Journal Letters 750, L22, 2012

Wu, M.-R. et al.: Production of the Entire Range of r-Process Nuclides by Black Hole Accretion Disc Outflows from Neutron Star Mergers. In: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 463, S. 2323 – 2334, 2016

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