Nukleosyntheseanalysen

Nukleosyntheseanalysen bezeichnet die systematische Untersuchung der Entstehung von Elementen durch Nukleosyntheseprozesse in astrophysikalischen Umgebungen sowie die Auswertung der resultierenden Element- und Isotopenhäufigkeiten in Sternen, Meteoriten und dem interstellaren Medium.

Methodisch umfassen die Analysen die spektrale Bestimmung von Elementhäufigkeiten in Sternen und im Sonnensystem, die Analyse von Meteoritensammlungen auf Isotopenverhältnis sowie theoretische Modelle von Nukleosynthese-Netzwerken und galaktischer chemischer Entwicklung.

Zentrale Prozesse sind die Big-Bang-Nukleosynthese (BBN), die die leichten Elemente bildet, sowie die stellare Nukleosynthese in verschiedenen Brennphasen. Dazu gehören Wasserstoff- und Heliumverbrennung, fortgeschrittene Brennprozesse sowie der s-Prozess (langsamer Neutroneneinfang) in AGB-Sternen und der r-Prozess in extrem neutronenreichen Umgebungen wie Neutronensternkollisionen oder bestimmten Supernovae. Der p-Prozess erklärt die Bildung von stabilen, protonenreichen Isotopen, und kosmische Strahlung trägt zusätzlich zur Spallation bei.

Anwendungen der Nukleosyntheseanalysen reichen von der Erklärung der chemischen Entwicklung von Sternen, Galaxien und dem Universum über Altersbestimmungen von Sternpopulationen bis hin zur Prüfung kosmologischer Modelle. Zu den Herausforderungen zählen unsichere Kernreaktionsraten, Unsicherheiten in den inneren Strukturen von Sternen, Unterschiede zwischen Modellannahmen sowie begrenzte Beobachtungsmöglichkeiten seltener Isotopen.

Die Disziplin ist interdisziplinär und verbindet Astronomie, Kernphysik und Kosmochemie, um Kerndaten zur Geschichte der chemischen Elemente bereitzustellen.