Elementfülle im Universum
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Die Elementzusammensetzung des Universums wird berechnet, indem das von Sternen, interstellaren Wolken, Quasaren und anderen Objekten emittierte und absorbierte Licht analysiert wird. Das Hubble-Teleskop erweiterte unser Verständnis der Zusammensetzung von Galaxien und Gas im intergalaktischen Raum zwischen ihnen erheblich. Es wird angenommen, dass 75% des Universums aus dunkler Energie und dunkler Materie bestehen, die sich von den Atomen und Molekülen unterscheiden, die die alltägliche Welt um uns herum ausmachen. Somit ist die Zusammensetzung des größten Teils des Universums weit davon entfernt, verstanden zu werden. Spektrale Messungen von Sternen, Staubwolken und Galaxien zeigen jedoch die elementare Zusammensetzung des Teils, der aus normaler Materie besteht.
Am häufigsten vorkommende Elemente in der Milchstraße
Dies ist eine Tabelle mit Elementen in der Milchstraße, deren Zusammensetzung anderen Galaxien im Universum ähnelt. Denken Sie daran, Elemente repräsentieren Materie, wie wir sie verstehen. Viel mehr der Galaxie besteht aus etwas anderem!
| Element | Elementnummer | Massenanteil (ppm) |
|---|---|---|
| Wasserstoff | 1 | 739.000 |
| Helium | 2 | 240.000 |
| Sauerstoff | 8 | 10.400 |
| Kohlenstoff | 6 | 4.600 |
| Neon- | 10 | 1,340 |
| Eisen | 26 | 1,090 |
| Stickstoff- | 7 | 960 |
| Silizium | 14 | 650 |
| Magnesium | 12 | 580 |
| Schwefel | 16 | 440 |
Das am häufigsten vorkommende Element im Universum
Derzeit ist Wasserstoff das am häufigsten vorkommende Element im Universum. In Sternen verschmilzt Wasserstoff zu Helium. Schließlich verbrauchen massive Sterne (etwa achtmal so massereich wie unsere Sonne) Wasserstoff. Dann zieht sich der Heliumkern zusammen und liefert genug Druck, um zwei Heliumkerne zu Kohlenstoff zu verschmelzen. Kohlenstoff geht in Sauerstoff über, der in Silizium und Schwefel übergeht. Silizium schmilzt zu Eisen. Dem Stern geht der Treibstoff aus und er geht in die Supernova, wodurch diese Elemente wieder in den Weltraum gelangen.
Wenn Helium zu Kohlenstoff verschmilzt, fragen Sie sich vielleicht, warum Sauerstoff das dritthäufigste Element ist und nicht Kohlenstoff. Die Antwort ist, weil die Sterne im Universum heute keine Sterne der ersten Generation sind! Wenn sich neuere Sterne bilden, enthalten sie bereits mehr als nur Wasserstoff. Diesmal verschmelzen die Sterne Wasserstoff gemäß dem sogenannten C-N-O-Zyklus (wobei C Kohlenstoff, N Stickstoff und O Sauerstoff ist). Kohlenstoff und Helium können zu Sauerstoff verschmelzen. Dies geschieht nicht nur in massereichen Sternen, sondern auch in Sternen wie der Sonne, sobald sie in ihre rote Riesenphase eintritt. Kohlenstoff kommt wirklich hinterher, wenn eine Supernova vom Typ II auftritt, weil diese Sterne mit nahezu perfekter Vervollständigung eine Kohlenstoff-Fusion in Sauerstoff eingehen!
Wie sich die Elementfülle im Universum verändern wird
Wir werden es nicht sehen, aber wenn das Universum tausend- oder millionenfach älter ist als jetzt, kann Helium Wasserstoff als das am häufigsten vorkommende Element überholen (oder nicht, wenn genügend Wasserstoff im Weltraum zu weit von anderen Atomen entfernt bleibt) zu verschmelzen). Nach einer viel längeren Zeit ist es möglich, dass Sauerstoff und Kohlenstoff das erste und zweithäufigste Element sind!
Zusammensetzung des Universums
Also, wenn gewöhnliche elementare Materie nicht den größten Teil des Universums ausmacht, wie sieht ihre Zusammensetzung aus? Wissenschaftler diskutieren dieses Thema und überarbeiten die Prozentsätze, wenn neue Daten verfügbar werden. Derzeit wird angenommen, dass die Stoff- und Energiezusammensetzung:
- 73% Dunkle Energie: Der größte Teil des Universums scheint aus etwas zu bestehen, von dem wir so gut wie nichts wissen. Dunkle Energie hat wahrscheinlich keine Masse, aber Materie und Energie hängen zusammen.
- 22% Dunkle Materie: Dunkle Materie ist ein Stoff, der in keiner Wellenlänge des Spektrums Strahlung aussendet. Wissenschaftler sind sich nicht sicher, was genau dunkle Materie ist. Es wurde nicht beobachtet oder in einem Labor erstellt. Im Moment ist die beste Wette, dass es sich um kalte dunkle Materie handelt, eine Substanz, die aus Partikeln besteht, die mit Neutrinos vergleichbar sind, aber viel massiver sind.
- 4% Gas: Das meiste Gas im Universum besteht aus Wasserstoff und Helium, die zwischen Sternen gefunden werden (interstellares Gas). Normales Gas gibt kein Licht ab, obwohl es es streut. Ionisierte Gase leuchten, sind aber nicht hell genug, um mit dem Licht der Sterne zu konkurrieren. Astronomen verwenden Infrarot-, Röntgen- und Radioteleskope, um diese Angelegenheit abzubilden.
- 0,04% Sterne: Für menschliche Augen scheint das Universum voller Sterne zu sein. Es ist erstaunlich, dass sie einen so geringen Prozentsatz unserer Realität ausmachen.
- 0,3% Neutrinos: Neutrinos sind winzige, elektrisch neutrale Partikel, die sich mit nahezu Lichtgeschwindigkeit fortbewegen.
- 0,03% schwere Elemente: Nur ein kleiner Teil des Universums besteht aus Elementen, die schwerer als Wasserstoff und Helium sind. Mit der Zeit wird dieser Prozentsatz zunehmen.
