www.wikidata.de-de.nina.az

Metallizität Die d h die Metallhäufigkeit ist eine in der Astrophysik gebräuchliche Bezeichnung für die Häufigkeit der s

Metallizität

Die Metallizität, d. h. die Metallhäufigkeit, ist eine in der Astrophysik gebräuchliche Bezeichnung für die Häufigkeit der schweren chemischen Elemente in Sternen.

Als „Metalle“ werden dabei, abweichend von der chemischen Bedeutung dieses Begriffes, meist alle Elemente außer Wasserstoff und Helium bezeichnet, seltener die Elemente ab Kohlenstoff, also ab einer Kernladungszahl von sechs.

Entstehung schwerer Elemente Bearbeiten

Die schweren Elemente wurden im Universum erst durch Kernreaktionen in Sternen gebildet (die Nukleosynthese), deswegen hängt die Metallizität eng mit der Entstehungszeit eines Sternes zusammen:

  • Sterne mit niedriger Metallizität (Population II) sind in einem früheren Entwicklungsstadium des Universums entstanden, als erst wenige „Metalle“ vorhanden waren.
  • Sterne mit hoher Metallizität (Population I) sind zu einem späteren Zeitpunkt aus der mit schweren Elementen angereicherten „Asche“ früherer Sternengenerationen entstanden.

Die Elemente Lithium, Beryllium und Bor, zwischen Helium und Kohlenstoff, kommen in sehr geringen Konzentrationen in Sternatmosphären vor. Sie können nicht aus Sternen stammen, denn sehr viel schnellere Syntheseschritte zerstören sie gleich wieder. Sie stammen – außer dem kosmologischen Anteil von Lithium-7 – aus der Spallation schwererer Elemente durch kosmische Strahlung im interstellaren Gas.

Ermittlung Bearbeiten

Massenanteil Bearbeiten

Der Massenanteil von Wasserstoff und Helium wird üblich mit den Symbolen X und Y sowie für die schwereren Elemente mit der Metallizität Z bezeichnet.

Relative Werte: bezogen auf die Sonne Bearbeiten

Als Maß für die Metallizität eines Sterns wird zunächst häufig nicht die Masse, sondern die Teilchenzahl seiner schweren Elemente auf die des Wasserstoffs bezogen; diese relative Elementhäufigkeit kann aus den gemessenen Stärken der Absorptionslinien von Eisen und Wasserstoff ermittelt werden. Für normale Hauptreihensterne wird die relative Elementhäufigkeit dann als logarithmiertes Verhältnis mit der entsprechenden Häufigkeit der Sonne verglichen (normiert), da sich die Elemente gleichförmig im Universum anreichern:

Nach dieser Formel

  • hat die Sonne (Index ) definitionsgemäß eine Metallizität von 0,
  • enthalten Sterne mit einer positiven Metallizität relativ mehr Eisen als die Sonne und sind damit jünger,
  • enthalten Sterne mit einer negativen Metallizität relativ weniger Eisen als die Sonne und sind damit älter.

Absolute Werte Bearbeiten

Das oben verwendete Teilchenzahl-Verhältnis zwischen Eisen- und Wasserstoff-Atomen in der Sonne beträgt:

Daher liegt der Massenanteil des Eisens an der Sonnenmasse bei ca. 0,16 %.

Anhaltspunkte für das Alter der Hauptreihensterne
Alter
(109 Jahre) 		Verhältnis Fe/H der lg X lg X − lg X☉ Bemerkung
Masse Atome X
11,75 0,04 % 0,0008 % −5,114 −0,619
04,57 0,16 % 0,0032 % −4,500 0 Sonne
02,40 0,40 % 0,0077 % −4,114 0,381
01,45 0,80 % 0,0154 % −3,813 0,682
00,90 2,00 % 0,0385 % −3,415 1,080
00,55 5,00 % 0,0962 % −3,017 1,478

Für chemisch pekuliäre oder bereits von der Hauptreihe weg entwickelte Sterne gilt das allgemeine Häufigkeitsmuster nicht mehr.

Populationen Bearbeiten

Die Metallizität liegt bei Sternen unserer Galaxis etwa zwischen −5,6 und +1, wobei nur die ältesten Sterne der Population II einen Wert im Bereich −5 erreichen und nur wenige von ihnen bekannt sind:

  • Langjähriger Spitzenreiter war der Stern CD−38°245, dessen Metallizität 1984 mit −4,0 bestimmt wurde. Diese bedeutet, dass sein Gehalt an Eisen 10.000-mal kleiner ist als der der Sonne.
  • 2002 wurde mit HE 0107-5240 ein Stern mit einer Metallizität von −5,2 entdeckt,
  • bald darauf der Stern HE 1327-2326 mit einem Wert von −5,4, was einen Eisengehalt von einem 250.000stel des solaren Wertes bedeutet. Allerdings enthält dieser Stern überraschenderweise einen sehr großen Anteil an anderen Elementen wie Natrium, Magnesium, Titan und vor allem Strontium.
  • Der Stern SDSS J102915+172927 (relative Magnitude 16,9) scheint nahezu metallfrei zu sein. Das Fehlen von Lithium wird mit der hohen Temperatur des Sterns erklärt.
  • Die Metallizität von Eisen in SMSS J031300.36-670839.3 ist geringer als −7,1.

Üblicherweise werden bei solchen Sternen zur Altersbestimmung und Kategorisierung auch die Häufigkeiten anderer Elemente wie Thorium, Uran, Iridium und Kohlenstoff ermittelt.

Literatur Bearbeiten

  • Bradley W. Carroll, Dale A. Ostlie: An Introduction to Modern Astrophysics. Addison-Wesley, Reading MA u. a. 1996, ISBN 0-201-54730-9, S. 920f. (International Edition. Nachdruck. ebenda 2005, ISBN 0-321-21030-1).

Weblinks Bearbeiten

Einzelnachweise Bearbeiten

  1. Eisen ist ca. 56-mal so schwer wie Wasserstoff
  2. EVOLVED STELLAR POPULATIONS
  3. The Star That Should Not Exist
  4. Anna Frebel: Auf der Spur der Sterngreise. In: Spektrum der Wissenschaft. September 2008, S. 24–32
wikipedia, wiki, deutsches, deutschland, buch, bücher, bibliothek artikel lesen, herunterladen kostenlos kostenloser herunterladen, MP3, Video, MP4, 3GP, JPG, JPEG, GIF, PNG, Bild, Musik, Lied, Film, Buch, Spiel, Spiele
Veröffentlichungsdatum:
Die Metallizitat d h die Metallhaufigkeit ist eine in der Astrophysik gebrauchliche Bezeichnung fur die Haufigkeit der schweren chemischen Elemente in Sternen Als Metalle werden dabei abweichend von der chemischen Bedeutung dieses Begriffes meist alle Elemente ausser Wasserstoff und Helium bezeichnet seltener die Elemente ab Kohlenstoff also ab einer Kernladungszahl von sechs Inhaltsverzeichnis 1 Entstehung schwerer Elemente 2 Ermittlung 2 1 Massenanteil 2 2 Relative Werte bezogen auf die Sonne 2 3 Absolute Werte 3 Populationen 4 Literatur 5 Weblinks 6 EinzelnachweiseEntstehung schwerer Elemente BearbeitenDie schweren Elemente wurden im Universum erst durch Kernreaktionen in Sternen gebildet die Nukleosynthese deswegen hangt die Metallizitat eng mit der Entstehungszeit eines Sternes zusammen Sterne mit niedriger Metallizitat Population II sind in einem fruheren Entwicklungsstadium des Universums entstanden als erst wenige Metalle vorhanden waren Sterne mit hoher Metallizitat Population I sind zu einem spateren Zeitpunkt aus der mit schweren Elementen angereicherten Asche fruherer Sternengenerationen entstanden Die Elemente Lithium Beryllium und Bor zwischen Helium und Kohlenstoff kommen in sehr geringen Konzentrationen in Sternatmospharen vor Sie konnen nicht aus Sternen stammen denn sehr viel schnellere Syntheseschritte zerstoren sie gleich wieder Sie stammen ausser dem kosmologischen Anteil von Lithium 7 aus der Spallation schwererer Elemente durch kosmische Strahlung im interstellaren Gas Ermittlung BearbeitenMassenanteil Bearbeiten Der Massenanteil von Wasserstoff und Helium wird ublich mit den Symbolen X und Y sowie fur die schwereren Elemente mit der Metallizitat Z bezeichnet 1 Z Y X displaystyle 1 Z Y X nbsp Relative Werte bezogen auf die Sonne Bearbeiten Als Mass fur die Metallizitat eines Sterns wird zunachst haufig nicht die Masse sondern die Teilchenzahl N displaystyle N nbsp seiner schweren Elemente auf die des Wasserstoffs bezogen diese relative Elementhaufigkeit kann aus den gemessenen Starken der Absorptionslinien von Eisen und Wasserstoff ermittelt werden Fur normale Hauptreihensterne wird die relative Elementhaufigkeit dann als logarithmiertes Verhaltnis mit der entsprechenden Haufigkeit der Sonne verglichen normiert da sich die Elemente gleichformig im Universum anreichern Metallizitat F e H lg N F e N H lg N F e N H 4 5 4 5 s u displaystyle text Metallizitat mathrm Fe mathrm H lg left frac N mathrm Fe N mathrm H right underbrace lg left frac N mathrm Fe N mathrm H right odot 4 5 4 5 s u nbsp Nach dieser Formel hat die Sonne Index displaystyle odot nbsp definitionsgemass eine Metallizitat von 0 enthalten Sterne mit einer positiven Metallizitat relativ mehr Eisen als die Sonne und sind damit junger enthalten Sterne mit einer negativen Metallizitat relativ weniger Eisen als die Sonne und sind damit alter Absolute Werte Bearbeiten Das oben verwendete Teilchenzahl Verhaltnis zwischen Eisen und Wasserstoff Atomen in der Sonne betragt N F e N H 1 31000 0 003 2 displaystyle left frac N mathrm Fe N mathrm H right odot approx frac 1 31000 approx 0 0032 nbsp was einem logarithmierten Wert von 4 5 entspricht 0 003 2 10 4 5 displaystyle 0 0032 approx 10 4 5 nbsp Daher liegt der Massenanteil des Eisens an der Sonnenmasse bei ca 0 16 1 Anhaltspunkte fur das Alter der Hauptreihensterne 2 Alter 109 Jahre Verhaltnis Fe H der lg X lg X lg X BemerkungMasse Atome X11 75 0 04 0 0008 5 114 0 6190 4 57 0 16 0 0032 4 500 0 Sonne0 2 40 0 40 0 0077 4 114 0 3810 1 45 0 80 0 0154 3 813 0 6820 0 90 2 00 0 0385 3 415 1 0800 0 55 5 00 0 0962 3 017 1 478Fur chemisch pekuliare oder bereits von der Hauptreihe weg entwickelte Sterne gilt das allgemeine Haufigkeitsmuster nicht mehr Populationen BearbeitenDie Metallizitat liegt bei Sternen unserer Galaxis etwa zwischen 5 6 und 1 wobei nur die altesten Sterne der Population II einen Wert im Bereich 5 erreichen und nur wenige von ihnen bekannt sind Langjahriger Spitzenreiter war der Stern CD 38 245 dessen Metallizitat 1984 mit 4 0 bestimmt wurde Diese bedeutet dass sein Gehalt an Eisen 10 000 mal kleiner ist als der der Sonne 2002 wurde mit HE 0107 5240 ein Stern mit einer Metallizitat von 5 2 entdeckt bald darauf der Stern HE 1327 2326 mit einem Wert von 5 4 was einen Eisengehalt von einem 250 000stel des solaren Wertes bedeutet Allerdings enthalt dieser Stern uberraschenderweise einen sehr grossen Anteil an anderen Elementen wie Natrium Magnesium Titan und vor allem Strontium Der Stern SDSS J102915 172927 relative Magnitude 16 9 scheint nahezu metallfrei zu sein Das Fehlen von Lithium wird mit der hohen Temperatur des Sterns erklart 3 Die Metallizitat von Eisen in SMSS J031300 36 670839 3 ist geringer als 7 1 Ublicherweise werden bei solchen Sternen zur Altersbestimmung und Kategorisierung auch die Haufigkeiten anderer Elemente wie Thorium Uran Iridium und Kohlenstoff ermittelt 4 Literatur BearbeitenBradley W Carroll Dale A Ostlie An Introduction to Modern Astrophysics Addison Wesley Reading MA u a 1996 ISBN 0 201 54730 9 S 920f International Edition Nachdruck ebenda 2005 ISBN 0 321 21030 1 Weblinks BearbeitenESO Ein Stern den es gar nicht geben durfte 31 August 2011Einzelnachweise Bearbeiten Eisen ist ca 56 mal so schwer wie Wasserstoff EVOLVED STELLAR POPULATIONS The Star That Should Not Exist Anna Frebel Auf der Spur der Sterngreise In Spektrum der Wissenschaft September 2008 S 24 32 Abgerufen von https de wikipedia org w index php title Metallizitat amp oldid 232861352