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ELEMENTENTSTEHUNG
Europium-Sterne in der Zwerggalaxie Fornax
Redaktion / idw / Pressemitteilung der TU Darmstadt
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21. Mai 2021

Ein Physik-Forschungsteam hat jetzt den höchsten jemals beobachteten Europium-Gehalt in Sternen entdeckt. Der Fund gelang den Forschenden in der Zwerggalaxie Fornax. Das Element Europium gilt als Schlüssel zum Verständnis der Entstehung der schweren Elemente. Die aufgespürten Sterne in Fornax sind etwas Besonderes, da es sich um vergleichsweise junge Sterne handelt. 

Fornax

Die Zwerggalaxie Fornax. Bild: ESO / Digitized Sky Survey 2 [Großansicht]

Europium ist der Schlüssel zum Verständnis der Entstehung der schweren Elemente durch den schnellen Neutroneneinfangprozess, den sogenannten r-Prozess. Dieser ist entscheidend sowohl für die Bildung der Hälfte der Elemente, die schwerer sind als Eisen, als auch für das gesamte Vorkommen an Thorium und Uran im Universum. Die EUROPIUM-Gruppe hat theoretische astrophysikalische Simulationen mit Beobachtungen der ältesten Sterne in unserer Galaxie und in Zwerggalaxien kombiniert. Letztere sind kleine, von Dunkler Materie dominierte Galaxien, die um unsere Galaxie kreisen.

Zwerggalaxien sind exzellente Testobjekte für die Untersuchung des r-Prozesses, da einige der ältesten, also seit 10 bis 13 Milliarden Jahren existierenden metallarmen Sterne eine Überhäufigkeit von r-Prozess-Elementen aufgewiesen haben. Studien haben sogar postuliert, dass nur ein einziges neutronenreiches Ereignis für diese Anreicherung in den kleinsten Zwerggalaxien verantwortlich sein könnte. Mit ihrer neuen Entdeckung ist es den Forschenden in Darmstadt und Heidelberg gelungen, den höchsten jemals beobachteten Europium-Gehalt zu bestimmen – und sie haben einen neuen Namen für diese Sterne geprägt: "Europium-Sterne".

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Diese Sterne gehören zur Zwerggalaxie Fornax – einer sphäroidischen Zwerggalaxie mit einem hohen Sterngehalt. In ihrer Studie berichtet die Gruppe auch über die erste Beobachtung von Lutetium in einer Zwerggalaxie überhaupt und der größten Stichprobe von beobachtetem Zirconium. Die "Europium-Sterne" in Fornax wurden kurz nach einer explosiven Produktion schwerer Elemente geboren. Aufgrund der hohen stellaren Metallhäufigkeit muss das extreme r-Prozess-Ereignis erst vor vier bis fünf Milliarden Jahren stattgefunden haben. Dies ist ein sehr seltener Fund, da die meisten Europium-reichen Sterne viel älter sind. Daher geben die Europium-Sterne Einblicke in den Ursprung der Elemente im Universum zu einem sehr spezifischen und späten Zeitpunkt.

Schwere Elemente entstehen durch den r-Prozess bei der Verschmelzung zweier Neutronensterne oder beim explosiven Ende massereicher Sterne mit starken Magnetfeldern. Die EUROPIUM-Gruppe hat diese beiden hochenergetischen Ereignisse analysiert und detaillierte Studien zur Elementproduktion in diesen Umgebungen durchgeführt. Aufgrund der immer noch großen Unsicherheiten in den kernphysikalischen Angaben ist es jedoch nicht möglich, die schweren Elemente in den "Europium-Sternen" eindeutig einer dieser astrophysikalischen Umgebungen zuzuordnen.

Zukünftige Experimente im neuen Beschleunigerzentrum FAIR am GSI-Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung in Darmstadt werden diese Unsicherheiten deutlich reduzieren. Darüber hinaus wird das neue hessische Clusterprojekt ELEMENTS in einzigartiger Weise Simulationen von Neutronensternverschmelzungen, Nukleosynthese-Berechnungen mit den neuesten experimentellen Informationen und Beobachtungen kombinieren, um die seit Langem bestehende Frage zu untersuchen: Wo und wie werden schwere Elemente im Universum produziert?

Über ihre Ergebnisse berichten Dr. Moritz Reichert und Professorin Almudena Arcones von der Technischen Universität Darmstadt  sowie Dr. Camilla Hansen vom Max-Planck-Institut für Astronomie in Heidelberg in einem Fachartikel, der in der Zeitschrift Astrophysical Journal erschienen ist.  

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Europium-Sterne in der Zwerggalaxie Fornax. Diskutieren Sie mit anderen Lesern im astronews.com Forum.
siehe auch
Nukleosynthese: Der Elemententstehung auf der Spur - 30. März 2016
Nukleosynthese: Cadmiumisotope in der Falle - 14. Dezember 2015
Simulationen: Entstehung schwerer Elemente im Computer - 10. Dezember 2015
Links im WWW
Reichert, M., Hansen, C. J. und Arcones, A. (2021): Extreme r-process Enhanced Stars at High Metallicity in Fornax, ApJ, 912, 157 (arXiv.org-Preprint)
Technische Universität Darmstadt
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