Wie entstanden die chemischen Elemente im Universum?

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Simulation einer Supernova (Simulation by Andreas Marek and Hans-Thomas Janka, MPA; visualization by Markus Rampp, RZG).

In der Research Area G beschäftigen sich Astro- und Kernphysiker mit der Frage, wie die vielen verschiedenen chemischen Elemente im Universum entstanden. Alle chemischen Elemente, die wir in unserem Sonnensystem und auf der Erde kennen, stammen aus der „Produktion“ des Universums. Schon sehr früh in der Entwicklungsgeschichte des Weltalls wurden die leichten Elemente wie Wasserstoff, Helium und Spuren von Lithium gebildet. Für alle schwereren Elemente sind Sterne und Sternexplosionen verantwortlich. Im Inneren von Sternen herrschen extrem hohe Druck- und Temperaturverhältnisse, sodass leichte Atomkerne miteinander verschmelzen. Diesen Vorgang nennt man Kernfusion.

Auf diese Weise stellen Sterne Kohlenstoff, Stickstoff und Sauerstoff her, um nur einige häufige Elemente zu nennen. In sehr massereichen Sternen entsteht auch Eisen. Schwerere Elemente als Eisen können im Sterninneren nicht fusioniert werden. Die Folge: Die Energiequelle versiegt, der Stern kollabiert und explodiert danach. Dabei werden schwere Elemente wie z.B. Gold gebildet und zusammen mit den vorher „geschmolzenen“ Elementen in das interstellare Medium geschleudert. Dort stehen sie der nächsten Generation Sterne wieder zur Verfügung.

Außerdem beschäftigen sich die Wissenschaftler mit den Prozessen zur Elemententstehung, die sich während einer Sternexplosion abspielen. In unterschiedlichen kernphysikalischen Prozessen werden dabei auch sehr schwere, radioaktive Elemente, z.B. Uran, gebildet. Die Cluster-Wissenschaftler arbeiten mit unterschiedlichen Methoden: Sie messen Prozesse im Inneren von Atomkernen und verknüpfen diese Erkenntnisse mit astronomischen Beobachtungen und Simulationen zur Sternexplosion.  

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