Warum ist bei Eisen schluss?

Wissenschaft Astronomie
#1

Hallo,

für mich als Physik-Laien ist es schwer zu verstehen warum in Sternen der Fusionsprozess bei Eisen endet.
Bei Wikipedia heißt es u.a.

Sobald sich im Kern Eisen und Nickel angereichert haben, ist keine weitere Energiegewinnung über Kernfusion mehr möglich. Eisen und Nickel sind die Elemente mit der höchsten Bindungsenergie pro Nukleon, so dass für eine weitere Fusion Energie erforderlich wäre und nicht frei würde

…aber Energie ist doch in Form von Wärme vorhanden. Wieso läuft der Prozess dann nicht temporär noch weiter?

Danke im Vorraus
Gruß

#2

Hallo,

…aber Energie ist doch in Form von Wärme vorhanden.

Die Wärme, welche vorhanden ist, kommt ja auch Kernfusionsprozessen.
Wenn der Brennstoff aber alle ist (also keine Wärme mehr geliefert wird,
dann hört der Prozess eben auf.

Wieso läuft der Prozess dann nicht temporär noch weiter?

Welcher Prozesse sollte denn weiter laufen?

Wenn im Ofen die Kohlen durchgebrannt sind, geht das Feuer aus.
Es glüht zwar noch eine Weile, aber es entsteht keine eben keine Wärme mehr.
Gruß Uwi

#3

Wenn im Ofen die Kohlen durchgebrannt sind, geht das Feuer aus.
Es glüht zwar noch eine Weile, aber es entsteht keine eben keine Wärme mehr.

Darum geht es mir gar nicht.
Die Reaktionen bis zur „Eisen-Grenze“ sind ja exotherm und liefern wie im Ofen die Wärme.

Meine Frage ist warum die endothermen Reaktionen nicht weiter laufen, wie im Ofen ist ja noch Wärme, also Energie vorhanden um die endothermen Reaktion anzufachen. (Ich hoffe meine Ausführung ist soweit überhaupt richtig)

#4

Moin,

für mich als Physik-Laien ist es schwer zu verstehen warum in
Sternen der Fusionsprozess bei Eisen endet.

Eisen ist sozusagen die Asche der Kernfusion.
Höhere Elemente entstehen nur, wenn (viel) Energie hineingesteckt wird und viele Neutronen vorhanden sind. Das sind Bedingungen, die es nur in Supernovae gibt und nur dort werden schwerere Elemente gebildet.

Gandalf

#5

Soll heißen das Sterne nicht groß genug werden können um die nötige Energie zu erzeugen?

Ich kann mir kaum Vorstellen, dass selbst Sterne wie VY Canis Majoris nicht die nötige Energie im Zentrum haben um auch nur ein Duzend schwerere Elemente als Eisen zu erzeugen.

#6

Meine Frage ist warum die endothermen Reaktionen nicht weiter
laufen, wie im Ofen ist ja noch Wärme, also Energie vorhanden
um die endothermen Reaktion anzufachen. (Ich hoffe meine
Ausführung ist soweit überhaupt richtig)

Weil die Energieschwelle, die überschritten werden müsste, um das Eisen weiter fusionieren zu lassen, viel zu steil ansteigt. Zwei Eisenatome fusionieren ja nicht zu Kobalt - sonst wöge Kobalt nahezu doppelt so viel wie Eisen. Entsprechend benötigte die Fusion zweier schwerer Elemente unvergleichlich mehr Energie, als vorher die Fusion leichter mit schweren Elementen erbracht hat.

Aber selbst eine Fusion von Eisen mit dem in der Schale noch vorhandenen Restchen Wasserstoff oder Helium benötigte schon mehr Energie, als noch verfügbar.

Wobei ich mir vorstellen kann, dass gelegentliche Fusionen dank dem Tunneleffekt noch stattfinden - aber die dabei entstehenden schwereren Elemente dürften mengenmäßig kaum ins Gewicht fallen.

Gruß

#7

Soll heißen das Sterne nicht groß genug werden können um die
nötige Energie zu erzeugen?

Nicht durch Kernfusion.

#8

Hallo,

Darum geht es mir gar nicht.
Die Reaktionen bis zur „Eisen-Grenze“ sind ja exotherm und
liefern wie im Ofen die Wärme.

Ja, aber ganz so wie in einem Ofen, wo der Brennstoff in wenigen Minuten bis Stunden durch chemische Reaktionen verbrannt wird ist es in einer Sonne ja nicht.

Sehr große Sonnen verbrennen zwar extrem schnell ihren Kernbrennstoff, aber das dauert ja dann immer noch einige Mio Jahre.
Das bedeutet also, dass die Fusionsprozesse im Kern immer noch extrem selten statt finden, bzw. reiner Zufall sind. Die Bedingungen für diese Prozesse im Inneren sind also eigentlich gar nicht gegeben und nur durch Zufall werden von milliarden Teilchen ab und zu mal zwei sich zu einer Fusion zusammenfinden (Tunneleffekte, wie schon geschrieben).
Für die Fusionsprozesse oberhalb vom Eisen sind die Bedingungen aber noch viel schlechter und somit die Wahrscheinlichkeit Mio.-fach geringer.
Die Mengen an schwereren Kernen wird also gegen null gehen und falls einige wenige entstehen, wird wohl deren Zerfallsrate weit schneller sein, als die Fusionsrate.

Was anderes sind Supernovae, wo die Helligkeit explosionsartig auf das Mio-fache ansteigt und die Temp. entsprechend sehr viel höher werden als im normalen Betrieb.
Nur unter diesen Bedingungen können die schweren Elemente oberhalb vom Eisen in nennenswerter Menge entstehen.
Gruß Uwi

Meine Frage ist warum die endothermen Reaktionen nicht weiter
laufen, wie im Ofen ist ja noch Wärme, also Energie vorhanden
um die endothermen Reaktion anzufachen. (Ich hoffe meine
Ausführung ist soweit überhaupt richtig)

#9

Moin,

Was anderes sind Supernovae, wo die Helligkeit explosionsartig
auf das Mio-fache ansteigt und die Temp. entsprechend sehr
viel höher werden als im normalen Betrieb.

Und der hohe Neutronenfluss. Ohne den ginge auch nichts.

Gandalf

#10

Korrektur

Soll heißen das Sterne nicht groß genug werden können um die
nötige Energie zu erzeugen?

Nicht durch Kernfusion.

Anscheinend geht es doch: http://de.wikipedia.org/wiki/S-Prozess

#11

Hallo,
mit dem von DrStupid genannten Effekt des Neutroneneinfang gibt es einen Prozess, der höhere Elemente auch bei den recht neidrigen Temp. innerhalb eines Sternes möglich macht.
Das ist zwar kein originärer Fusionsprozess, wie du ihn angefragt hast, führt aber eben auch dazu, das ein Teil der schweren Elemente auch ohne Supernova entstehen kann. Die Anzahl Teilchen schwerer Elemente als Eisen kann aber eben nicht hoch sein, weil ungeheure Energiemengen damit gebunden werden (starke Kühlung).

Meiner Kenntnis nach entsteht der relevante Anteil Materie mit hohen Kernzahlen durch Supernovae.
Gruß Uwi

#12

Meiner Kenntnis nach entsteht der relevante Anteil Materie mit
hohen Kernzahlen durch Supernovae.

Gibt es irgendwo eine Übersicht über Mengen an schweren Elementen, die von den verschiedenen Supernovae-Typen freigesetzt werden?

Darüber hinaus gelten Zusammenstöße von Neutronensternen auch als mögliche Quelle. Weiß man, welche Bedeutung das insgesamt für die Nucleosynthese hat?

#13

Hallo,

Gibt es irgendwo eine Übersicht über Mengen an schweren
Elementen, die von den verschiedenen Supernovae-Typen
freigesetzt werden?

Konkrete Zahlen habe ich leider auch noch nicht gefunden.
So wie ich das sehe, gibt es da auch noch viele Unsicherheiten bei den Kosmologen bezüglich vieler Details und Modelle.

Darüber hinaus gelten Zusammenstöße von Neutronensternen auch
als mögliche Quelle. Weiß man, welche Bedeutung das insgesamt
für die Nucleosynthese hat?

Auch da gibt es wohl noch viel mehr Hypothesen als halbwegs gesicherte Modelle.
Gruß Uwi

#14

Hallo,

für mich als Physik-Laien ist es schwer zu verstehen warum in
Sternen der Fusionsprozess bei Eisen endet.

Das ist ja auch nicht der Fall.
Es ist nur so, das ab dem Eisen Energie für eine Fusion verbraucht statt frei wird.
Hat man einen kleinen Stern in dem die Fusion mit Wasserstoff startet, und langsam „abbrennt“, können andere Fusionsarten nur stattfinden, wenn sie auch selbst genügend Energie freisetzen. Das ist oberhalb des Eisens nicht der Fall.
Ist es ein großer Stern, können die Wasserstofffusion und andere eine „Weile“ bestehen und Energie konsumptierende Fusionsarten betreiben, anheizen.
Die genaue Bedeutung von „groß und klein“ kann ich aber nicht angeben.
Viel Energie wird u.A. in Supernovae frei und so können dort auch schwerere Elemente wie Eisen entstehen.
Ich hab mal irgendwo gelesen, das die Verteilung schwererer Elemente hauptsächlich durch die Explosionen(Novae) großer Sterne im Weltraum erzeugt wurde.

MfG
Matthias

#15

Hi.

für mich als Physik-Laien ist es schwer zu verstehen warum in
Sternen der Fusionsprozess bei Eisen endet.

Lassen wir den Professor sprechen.

http://www.br.de/mediathek/video/sendungen/alpha-cen…

Ebenfalls sehr interessant:
http://www.br.de/mediathek/video/sendungen/alpha-cen…

…aber Energie ist doch in Form von Wärme vorhanden.

Ein Stern ist ein Gebilde aus Schwerkraft und Gas, welches versucht, im hydrostatischen Gleichgewicht zu bleiben (die Energie drückt nach außen gegen die Gravitation). Das funktioniert nur, wenn die Kernreaktionen Bindungsenergie freisetzen. Der Stern kann das nicht mehr leisten, nichtmal wenn er versuchen würde, an einen Eisenkern ein Proton (Wasserstoff) anzukleben. Der innere Kern des Sternes ist außerdem frei von Wasserstoff, Helium, Kohlenstoff usw., denn das Eisen wurde aus Silicium erbrütet. Fe + Si klappt nicht. Die Temperaturen und die Dichten, die dafür notwendig sind, können in dieser übriggebliebenen Eisenkugel nicht mehr erreicht werden. Stattdessen „knietscht“ der innere Kern zu einem Neutronenstern bzw. zu einem schwarzen Loch zusammen.

Tschö