Der CNO-Zyklus in der ersten Generation von Sternen

Ich bin ein Student, der sich für Astophysik interessiert, und diese Frage kam mir in den Sinn:

Da der CNO-Zyklus zum Starten Kohlenstoff benötigt und Kohlenstoff durch thermonukleare Fusion in Sternen produziert wird, kann man dann annehmen, dass die heißeren Sterne der ersten Generation keinen CNO-Zyklus hatten?
Oder sollte ich stattdessen denken, dass die erste Generation von Sternen eine anfängliche Metallizität hatte und daher der CNO-Zyklus möglich war?

Antworten (2)

Sterne der ersten Generation haben den CNO-Zyklus anfangs nicht durchlaufen.

Es wird geschätzt, dass nach dem Urknall drei Viertel der Materie Wasserstoff, ein Viertel Helium und Spuren von schwereren Elementen sind. Dies ist dann auch die Zusammensetzung von (noch unbeobachteten) Sternen der ersten Generation, die keine Metallizität aufweisen. Obwohl diese Sterne wahrscheinlich sehr massereich waren, konnten sie den CNO-Zyklus zunächst nicht durchlaufen.

Glücklicherweise ist der CNO-Zyklus nicht der einzige Kernfusionsprozess in Sternen. Bei der Proton-Proton-Kettenreaktion wird Wasserstoff zu Helium verschmolzen. Der Stern befindet sich im Gleichgewicht, bis der Wasserstoff im Kern „aufgebraucht“ ist. Dann kann es zusammenbrechen und sich erhitzen, bis der Triple-Alpha-Prozess beginnt, Kohlenstoff zu produzieren. Von da an gibt es immer mehr Prozesse, die viele verschiedene Elemente produzieren. Aufgrund von Konvektion und Schalenverbrennung könnte der CNO-Zyklus in diesen Sternen der ersten Generation in späteren Stadien abgelaufen sein.

Interessanterweise könnten die massereichsten Sterne der ersten Generation (Population III) als Schwarze Löcher geendet sein und alle produzierten Metalle (Elemente, die schwerer als Helium sind) verschlingen. Viele andere könnten in Paar-Instabilitäts-Supernovae explodiert sein, die alles Material in den interstellaren Raum geschleudert haben, ohne einen kompakten Überrest zurückzulassen.

A Heger und SE Woosley: Die Nukleosynthese-Signatur der Population III

Die Proton-Proton-Kette ist hauptsächlich bei Starts vorhanden, die nicht so massereich sind, also sind diese massereichen Sterne der ersten Generation wahrscheinlich ziemlich schnell zusammengebrochen, weil sie die cno-Kette nicht ausführen konnten, oder? (Ich weiß, dass Sie anfangs gesagt haben, aber ich denke, wahrscheinlich hat der Massivste nicht lange genug gelebt, um anzufangen.)
@ GerardoSuarez Nicht richtig. Es bedeutet nur, dass ihre Kerne etwas heißer sein müssten, um die gleiche Fusionsrate von der PP-Kette zu erhalten.
Die Aussage "Die pp-Kette ist hauptsächlich in weniger massereichen Sternen vorhanden" gilt nur für unsere heutige Sternenpopulation, in der jeder Stern eine gewisse Metallizität aufweist. Sterne der ersten Generation haben vielleicht nicht überwiegend den CNO-Zyklus durchlaufen, aber das bedeutet nicht unbedingt, dass sie schnell zusammengebrochen sind, weil andere Prozesse nach der pp-Kette dominiert haben könnten.
Diese Dissertation ist eine neuere Beschreibung und Modellierung von Sternen mit sehr geringer Metallizität (Pop 3) und hoher Masse. Es ist über 150 Seiten lang, und ich war noch nicht in der Lage, einen wesentlichen Teil davon zu analysieren. Von dem, was ich bisher gesammelt habe, scheint die Idee, dass der dreifache Alpha-Prozess zum Auftreten des CNO-Zyklus führt (auf einer nicht trivialen Ebene), unterstützt zu werden. Es gibt ein anderes Papier , das viel länger zurückliegt und darauf hindeutet, dass die viel begrenzteren CNO-Reaktionen Pop-3-Supernovas beeinflusst haben könnten.

Ich denke, was Sie mit "erster Generation" meinen, sind die Pop III-Stars (auch bekannt als Zero-Metallicity).

Diese Sterne bestehen nur aus H und He (möglicherweise sehr kleine und vernachlässigbare ungefähr aus schwereren Elementen), da sie sich im sehr frühen Universum gebildet haben. Ihre Evolution beginnt mit der Fusion von H, um mehr He zu erhalten, und dem Verbrennen von He, um schwerere Elemente zu erhalten. Dies ist ähnlich dem, was in der Sonne passiert. Daher kann Kohlenstoff produziert werden und ein CNO-Zyklus kann an einem bestimmten Punkt der Lebensdauer auftreten.

Dies wird auch durch die Idee unterstützt, dass Pop III sehr massiv sein und seine Masse ohne signifikanten Verlust durch den Windmechanismus beibehalten könnte (dh die Massenverlustrate ist höher mit Metallizität aufgrund der Linienemission schwerer Elemente). Durch Simulationen wurde gezeigt, dass diese massereichen Sterne ihr Leben durch eine thermonukleare Explosion beenden können (dh ähnlich wie bei SNe Typ Ia), anstatt durch einen Kernkollaps.

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