Nukleosynthese

Nukleosynthese bezeichnet die Gesamtheit der Prozesse, durch die Atomkerne aus leichteren Bausteinen entstehen. Sie erklärt die im Universum beobachtete Häufigkeitsverteilung der chemischen Elemente und verknüpft Teilchenphysik, Kernenergien und kosmische Entwicklung.

Man unterscheidet mehrere Schauplätze: Die Urknall-Nukleosynthese fand in den ersten drei Minuten nach dem Urknall statt und lieferte vor allem Wasserstoff, Helium-4 (rund 25 Prozent der Baryonenmasse) sowie geringe Mengen Deuterium und Lithium. Schwerere Elemente entstehen ausschliesslich in Sternen oder bei stellaren Explosionen. Die stellare Nukleosynthese umfasst die Fusionsketten in Sterneninneren: von der Wasserstoff- über die Helium- bis zur Siliziumverbrennung, die bei massereichen Sternen Elemente bis hin zu Eisen (Element 26) erzeugt. Jenseits von Eisen ist Fusion energetisch nicht mehr gewinnbringend.

Elemente schwerer als Eisen entstehen hauptsächlich durch Neutroneneinfang: Der langsame s-Prozess läuft in alternden Riesensternen ab, der schnelle r-Prozess bei Supernovas und insbesondere bei Neutronensternen-Kollisionen. Letztere wurden 2017 mit dem Gravitationswellenereignis GW170817 erstmals direkt nachgewiesen und bestätigten die Entstehung von Gold und Platin. Kosmische Strahlung erzeugt durch Spallation zusätzlich geringe Mengen Lithium, Beryllium und Bor.