Nukleogenese

Nukleogenese,

 

Nukleosynthese, Elemẹnt(en)entstehung, Astrophysik: die Bildung der im Weltall vorhandenen Elemente (genauer der Nuklide) durch Kernreaktionen. Die heute im Weltall vorhandenen Protonen (Wasserstoffkerne) und Neutronen sind das Ergebnis von Elementarprozessen in der Frühphase des Weltalls bis rd. 10^-3 s nach der kosmischen Singularität (Kosmologie), während der heute vorhandene schwere Wasserstoff (Deuterium) und die Hauptmenge des Heliums bei Kernreaktionen im Zeitraum zwischen etwa 2 bis 3 Minuten und rd. 15 Minuten nach der kosmischen Singularität entstanden. Die Materie setzte sich zu diesem Zeitpunkt (Ende der so genannten Kernreaktionsära) aus etwa 76 Massen-% Wasserstoff, von dem ein geringer Teil Deuterium war, 24 % Helium (v. a. ⁴He) sowie einer sehr geringen Menge Lithium zusammen. Die Bildung schwererer Elemente war infolge der raschen Dichte- und Temperaturabnahme in der Anfangsphase des Universums und der Instabilität der Kerne mit den Massenzahlen 5 oder 8 nicht möglich. Die schwereren Elemente sind Produkte von Kernreaktionen in Sternen (Sternentwicklung), die auch heute noch ablaufen. In den Zentralregionen der Sterne wird während des Hauptreihenzustandes Wasserstoff in Helium umgewandelt (Proton-Proton-Reaktion, Bethe-Weizsäcker-Zyklus), das aber im Allgemeinen im tiefen Sterninnern verbleibt. Die in späteren Entwicklungsabschnitten beim Heliumbrennen (Drei-Alpha-Prozess) gebildeten Kohlenstoff-, Sauerstoff- und Neonkerne können auch in weiter außen liegende Sternregionen gelangen und danach infolge von starken Sternwinden in den interstellaren Raum geblasen werden. In massereichen Sternen entstehen während der normalen Sternentwicklung bei Energie liefernden Kernreaktionen Atomkerne bis höchstens zum Eisenkern der Massenzahl 56, dem stabilsten Atomkern überhaupt. Sie werden bei Supernovaexplosionen, bei denen durch Neutronenanlagerungsreaktionen (s-Prozess, r-Prozess) auch noch schwerere Elemente entstehen, in den interstellaren Raum geschleudert und dort gegebenenfalls in interstellare Staubteilchen und neue Sterne eingebaut. Die sehr seltenen Elemente Lithium, Beryllium und Bor sind mit Ausnahme des kosmologischen Lithiumanteils das Ergebnis von Kernspaltungsprozessen im interstellaren Raum, bei denen massereiche Atomkerne durch hochenergetische Teilchen der kosmischen Strahlung in masseärmere Kerne, v. a. die der genannten Elemente, zerlegt werden.