Wieso keine Fusion über Eisen in Sternen?
Bei Sternen hört die Kernfusion ja bei Eisen auf, weil danach keine Energie mehr frei wird sondern verbraucht wird. Durch die Fusion leichterer Atome um den Eisenkern wird ja aber enorm viel Energie frei, wieso wird durch diese also kein Eisen fusioniert?
3 Antworten
Hi,
Die Bindungsenergie je Kernteilchen wird immer kleiner, je näher man an Eisen kommt. Daher wird auch die freigesetzte Energie bei der Fusion immer geringer, je näher man an Eisen kommt. Das reicht einfach nicht aus, um Kerne jenseits von Eisen zu fusionieren. Es ist durchaus möglich, dass vereinzelt mal schwerere Elemente entstehen, die sind aber idR einfach nicht stabil.
Weil dort eben die Bindungsenergie am höchsten ist. Das ist der Sachverhalt, dann kann man versuchen, das mathematisch zu beschreiben. Aber der Fakt richtet sich nicht nach der mathematischen Beschreibung.
Solange ein Stern stabil ist, laufen nur Prozesse ab, die bei den Kerntemperaturen möglich sind. Die Fusion verläuft in Phasen. Zuerst kommt das Wasserstoffbrennen, zu Helium, dann das Heliumbrennen, zu Kohlenstoff, Sauerstoff usw., denn Be-8 zerfällt sofort wieder. Danach entsteht Silizium, zum Schluss Eisen. Mal etwas vereinfacht dargestellt, bin kein Physiker, erst recht kein Astrophysiker.
Jeder dieser Prozesse setzt anteilig weniger Energie frei, erfordert aber höhere Temperaturen. Einen Siliziumkern mit 14facher positiver Ladung kriegst du nicht so einfach auf einen anderen geprallt wie Protonen mit einfacher Ladung. Jeder dieser Phasenübergänge ist mit einer Krise verbunden. Die Temperatur im Kern reicht nicht mehr für die nächste Phase, die Fusion erlischt, der Kern verliert Wärme, sackt wegen der Schwerkraft in sich zusammen und erreicht erst dadurch (Kompressionswärme) wieder die höhere Temperatur "zur Zündung der nächsten Stufe".
Solange ein Stern einigermaßen stabil ist, laufen auch die Prozesse, wie chemische Gleichgewichtsprozesse auch, nach ihrer Energiebilanz ab. Es mag sein, dass ein Eisen- mit einem Siliziumkern verschmilzt, aber beim nächsten Zusammenstoß zerfällt der gebildete Kern auch wieder. Die Fusion geht im Endeffekt nicht weiter als bis zum Eisen.
Elemente schwerer als Eisen bilden sich erst im Chaos einer Supernova. Der Kern besteht weitgehend aus Eisen, es gibt keine Reaktion mehr, die Energie erzeugen könnte, der Kern kollabiert und erzeugt dabei Wärme und eine Schockwelle, die nach außen wandert, durch die Zonen, in denen die Phasen (Wasserstoffbrennen usw.) nicht nacheinander, sondern von außen nach innen nach wie vor ablaufen, bei einer Supernova sehr sehr beschleunigt.
Das sind dann Bedingungen, wo selbst die ach so teilnahmslosen Neutrinos eine Rolle spielen und der sterbende Stern das Milliardenfache oder Billionenfache an Wärme erzeugt wie zu seinen ruhigen Zeiten. In dieser kurzen Zeit entstehen die Elemente schwerer als Eisen. Und weil sich das ausgestoßene Gas-Staub-Gemisch schnell abkühlt, können sie auch nicht zurück zum eigentlich stabilen Eisen reagieren. Die Reaktionsgeschwindigkeit sinkt mit der Temperatur.
So, und jetzt hoffe ich mal, dass die Physiker meinen blumigen und von wenig Sachverstand getrübten Beitrag nicht verreißen.