Auf der Suche nach den ältesten Sternen (German Edition)

gesamten Universum liefert.
    Im Folgenden werden die wichtigsten Elemente und Elementgruppen und deren Entwicklung über die ersten 4–5 Milliarden Jahre im Universum zusammengefasst.
    Helium
    Helium ist das zweithäufigste Element im Universum, aber kein Metall im astronomischen Sinne. Leider gibt es keine spektroskopischen Messungen von Helium in metallarmen Sternen, die die zeitliche Entwicklung von Helium mitverfolgen könnten. Helium-Absorptionslinien tauchen aus atomphysikalischen Gründen nur in Spektren von Sternen auf, die heißer als ~7000 Grad Kelvin sind. Solche heißen Sterne haben schon unzählige Mischungsprozesse hinter sich, so dass ihre Oberflächenkomposition mehrmals verändert wurde. Dies verhindert eine Heliummessung der Gaswolke, aus der der Stern gebildet wurde. Einzig und allein chromosphärische He-Linien sind auch in kühleren Sternen messbar. Die Bestimmung einer He-Häufigkeit ist aber aus verschiedensten Gründen sehr kompliziert, wenn nicht überhaupt unmöglich.
    Dennoch ist die Entwicklung dieses Elements interessant, da Helium ständig in Sternen synthetisiert und durch Planetarische Nebel und Supernovaexplosionen ins All geschleudert wird. Die beste Möglichkeit, die primordiale Heliumhäufigkeit zu messen, basiert auf Spektren von hochrotverschobenen dünnen interstellaren Wolken. Der mögliche Bereich von Heliumhäufigkeiten liegt hier bei 23,2% bis 25,8% mit dem momentan besten Wert von 24,9%.
    Lithium
    Lithium ist ein wichtiges, aber schwer erfassbares Element. Obwohl es in metallarmen Sternen gemessen werden kann, ist die Entwicklung im frühen Universum unklar und wird kontrovers diskutiert. Da Lithium im Sterninneren durch Protoneneinfang sehr leicht in andere Elemente umgewandelt werden kann, ist die stellare Produktionsrate von Lithium kosmisch gesehen eher mager. Dementsprechend kann man bei Lithium nicht wirklich von einer chemischen Entwicklung sprechen. Man nimmt daher an, dass jegliches Lithium im Universum aus dem Urknall stammt, so auch das terrestrische Lithium. Südamerika besitzt die größten abbaubaren Lithiumvorkommen in Form von Gestein und Tonerden, die Lithium enthalten, aber auch Meerwasser enthält Lithium. Ohne Lithium aus dem Urknall gäbe es wohl keine leichten und trotzdem leistungsstarken Batterien. Auch bei diversen Anwendungen in industriellen Bereichen würde uns Lithium fehlen.
    Mit metallarmen Sternen lässt sich untersuchen, wie sich dieses Element im frühen Universum verhielt. Das in den metallarmen Sternen gemessene Lithium muss ja auf die primordiale Lithiumproduktion zurückgehen. So wurde schon in den 1980er Jahren herausgefunden, dass Lithium immer einen bestimmten Wert in metallarmen Sternen hat. Dieser ist allerdings 2,5 Mal geringer als in den Berechnungen zum primordialen Lithium, die mit Hilfe der Daten des WMAP-Satelliten zur Anisotropie der kosmischen Hintergrundstrahlung in Kombination mit den Vorhersagen zur Elementnukleosynthese während des Urknalls erstellt werden können.
    Da der primordiale Lithiumwert sehr genau bestimmt werden konnte, wird heute davon ausgegangen, dass die Lithiummessungen der metallarmen Sterne nicht direkt die primordiale Lithiumhäufigkeit widerspiegeln. Allerdings ist nach wie vor weitgehend unklar, warum die metallarmen Sterne so viel niedrigere Werte haben. Eine Erklärung für diese Diskrepanz kann in Zukunft hoffentlich ein besseres Verständnis dafür liefern, wie die Existenz von Sternen und Galaxien den Lithiumanteil im Universum beeinflusst.
    Kohlenstoff, Stickstoff und Sauerstoff
    Kohlenstoff, Stickstoff und Sauerstoff werden sowohl während der Sternentwicklung als auch in Supernovaexplosionen massereicher Sterne im All verbreitet. Wie in Kapitel 3 ausgeführt, werden die Kohlenstoffatome zunächst im sogenannten 3α-Prozess in fortgeschrittenen Stadien der Sternentwicklung in Roten Riesen synthetisiert. Sauerstoff wird parallel zu Kohlenstoff im α-Prozess produziert, wobei ein weiteres α-Teilchen in den Kohlenstoffkern eingebaut wird. Sauerstoff kann also als α-Element angesehen werden. Häufigkeitsanalysen von metallarmen Sternen haben ergeben, dass sich Sauerstoff in seiner zeitlichen Entwicklung tatsächlich wie andere α-Elemente verhält. Stickstoff wird hingegen im Kohlenstoff-(Stickstoff-Sauerstoff-)Zyklus erzeugt.
    Die Produktion von Kohlenstoff und Stickstoff kann durch schnelle Rotation und der daraus folgenden Durchmischung des Sterns noch erhöht werden. Die Sternmasse spielt