├ťber die Kernfusion in Sternen

├ťber die Kernfusion in Sternen

Die Kernfusion ist das Lebenselixier der Sterne und ein wichtiger Prozess, um zu verstehen, wie das Universum funktioniert. Der Prozess treibt unsere eigene Sonne an und ist daher die Wurzelquelle aller Energie auf der Erde. Zum Beispiel basiert unsere Nahrung auf dem Essen von Pflanzen oder Essen von Dingen, die Pflanzen essen, und Pflanzen verwenden Sonnenlicht, um Nahrung zu machen. Au├čerdem besteht praktisch alles in unserem K├Ârper aus Elementen, die ohne Kernfusion nicht existieren w├╝rden.

Wie beginnt die Fusion?

Fusion ist ein Stadium, das w├Ąhrend der Sternentstehung passiert. Dies beginnt im Gravitationskollaps einer riesigen Molek├╝lwolke. Diese Wolken k├Ânnen mehrere Dutzend Kubik- Lichtjahre Raum umfassen und gro├če Mengen Materie enthalten. Wenn die Schwerkraft die Wolke zusammenbricht, zerf├Ąllt sie in kleinere St├╝cke, die jeweils um eine Konzentration von Materie zentriert sind. Wenn diese Konzentrationen an Masse zunehmen, beschleunigt sich die entsprechende Gravitation und damit der gesamte Prozess, wobei der Kollaps selbst W├Ąrmeenergie erzeugt. Schlie├člich kondensieren diese St├╝cke unter der Hitze und dem Druck in gasf├Ârmige Kugeln, die Protosterne genannt werden. Wenn ein Protostern nicht genug Masse konzentriert, erreicht er nie den Druck und die Hitze, die f├╝r die Kernfusion notwendig sind, und wird ein brauner Zwerg. Die Energie, die von der Fusion, die in der Mitte stattfindet, aufsteigt, erreicht einen Gleichgewichtszustand mit dem Gewicht der Materie des Sterns und verhindert einen weiteren Kollaps sogar in supermassiven Sternen.

Sternf├Ârmige Fusion

Das meiste, was einen Stern ausmacht, ist Wasserstoffgas, zusammen mit etwas Helium und einer Mischung von Spurenelementen. Der enorme Druck und die enorme Hitze im Kern der Sonne reichen aus, um Wasserstoff zu schmelzen. Bei der Wasserstofffusion werden zwei Wasserstoffatome zusammengekn├╝pft, wodurch ein Heliumatom, freie Neutronen und eine gro├če Menge an Energie entstehen. Dies ist der Prozess, der die gesamte von der Sonne freigesetzte Energie erzeugt, einschlie├člich aller W├Ąrme, sichtbaren Lichts und UV-Strahlen, die schlie├člich die Erde erreichen. Wasserstoff ist nicht das einzige Element, das auf diese Weise geschmolzen werden kann, aber schwerere Elemente erfordern sukzessive gr├Â├čere Mengen an Druck und W├Ąrme.

Kein Wasserstoff mehr

Irgendwann beginnen die Sterne aus dem Wasserstoff herauszulaufen, der den grundlegenden und effizientesten Brennstoff f├╝r die Kernfusion liefert. Wenn dies geschah, verhinderte die aufsteigende Energie, die das Gleichgewicht aufrechterhielt, eine weitere Kondensation des Sterns, was zu einem neuen Stadium des Sternkollaps f├╝hrte. Wenn der Kollaps einen ausreichenden, gr├Â├čeren Druck auf den Kern aus├╝bt, ist eine neue Runde der Fusion m├Âglich, wobei diesmal das schwerere Element von Helium verbrannt wird. Sternen mit einer Masse von weniger als der H├Ąlfte unserer eigenen Sonne fehlen die Mittel, um Helium zu fusionieren und zu roten Zwergen zu werden.

Laufende Fusion: Mittelgro├če Sterne

Der Star Beteigeuze ist ein roter Riese.

Wenn ein Stern anf├Ąngt, Helium im Kern zu schmelzen, erh├Âht sich die Energieabgabe gegen├╝ber der von Wasserstoff. Dieser gr├Â├čere Aussto├č dr├╝ckt die ├Ąu├čeren Schichten des Sterns weiter hinaus und vergr├Â├čert seine Gr├Â├če. Ironischerweise sind diese ├Ąu├čeren Schichten jetzt weit genug von der Stelle entfernt, an der die Fusion stattfindet, um ein wenig abzuk├╝hlen, wodurch sie von gelb zu rot werden. Diese Sterne werden zu roten Riesen. Die Heliumfusion ist relativ instabil, und Temperaturschwankungen k├Ânnen Pulsationen verursachen. Es erzeugt Kohlenstoff und Sauerstoff als Nebenprodukte. Diese Pulsationen k├Ânnen bei einer Nova-Explosion die ├Ąu├čeren Schichten des Sterns abblasen. Eine Nova kann wiederum einen planetarischen Nebel erzeugen. Der verbleibende Sternkern wird allm├Ąhlich abk├╝hlen und einen Wei├čen Zwerg bilden. Dies ist das wahrscheinliche Ende f├╝r unsere eigene Sonne.

Laufende Fusion: Gro├če Sterne

Gr├Â├čere Sterne haben mehr Masse, was bedeutet, dass sie, wenn das Helium aufgebraucht ist, eine neue Runde des Zusammenbruchs haben und den Druck erzeugen k├Ânnen, eine neue Runde der Fusion zu beginnen, die noch schwerere Elemente erzeugt. Dies kann m├Âglicherweise weitergehen, bis Eisen erreicht ist. Eisen ist das Element, das Elemente trennt, die Energie in der Fusion erzeugen k├Ânnen, von denen, die Energie in der Fusion absorbieren: Eisen absorbiert ein wenig Energie in seiner Erzeugung. Jetzt schmilzt die Fusion, anstatt Energie zu erzeugen, obwohl der Prozess ungleichm├Ą├čig ist (die Eisenfusion wird im Kern nicht universell gehen). Die gleiche Fusionsinstabilit├Ąt in supermassiven Sternen kann dazu f├╝hren, dass sie ihre ├Ąu├čeren Schalen ├Ąhnlich wie normale Sterne aussto├čen, was als Supernova bezeichnet wird.

Sternenstaub

Eine wichtige ├ťberlegung in der stellaren Mechanik ist, dass alle Materie im Universum, die schwerer als Wasserstoff ist, das Ergebnis der Kernfusion ist. Wirklich schwere Elemente wie Gold, Blei oder Uran k├Ânnen nur durch Supernova-Explosionen erzeugt werden. Daher sind alle Substanzen, die wir auf der Erde kennen, Verbindungen, die aus den Tr├╝mmern eines fr├╝heren Sternensterbens aufgebaut sind.

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