In meinem Kursbuch über Astronomie steht folgendes.
Ältere Sterne scheinen mehr Sauerstoff zu haben als Eisen. Die Erklärung ist, dass in den Tagen, als diese älteren Sterne entstanden, Supernovae vom Typ II üblich waren, Typ Ia hingegen nicht. Später, als der Typ Ia häufiger wurde, wurden die – jetzt jüngeren – Sterne mit einer höheren Eisenhäufigkeit gebildet.
Warum sind Typ-Ia-Supernovae besser für die Eisenanreicherung als Typ-II-Supernovae, und waren diese Typ-II-Supernovae in irgendeiner Weise besser für höhere Sauerstoffreichtümer – oder nur weniger gut bei der Eisenproduktion (und warum)?
Kontext
Eisen hat die höchste Kernbindungsenergie pro Nukleon aller Elemente (nicht ganz richtig, aber im astronomischen Kontext ausreichend genau). Die Verschmelzung von leichten Elementen zu Eisen oder etwas Leichterem ist also ein exothermer Prozess - Sie gewinnen dabei Energie, wodurch der Stern funktionieren kann. Das passiert in den letzten Stadien einer Typ-II-Supernova. Der Kern eines massereichen Sterns ist in seinen letzten Lebensmomenten heiß und dicht genug, um Silizium zu Eisen zu verschmelzen. Kurz vor der Supernova-Explosion befindet sich im Zentrum eine Eisenkugel von etwa 1,4 Sonnenmassen.
Der Vorläufer einer Supernova vom Typ Ia ist ein Doppelsternsystem, in dem ein "normaler" Stern an Masse an einen kompakten Sternüberrest (einen Weißen Zwerg) verliert. Sobald der Weiße Zwerg genug Masse angesammelt hat, um über einer Grenze von 1,4 Sonnenmassen zu liegen, beginnt die Fusion erneut und löst das kompakte Objekt vollständig auf.
Explosion
Ein SN Ia zerstört den Vorläufer des Weißen Zwergs in einem außer Kontrolle geratenen Fusionsprozess vollständig.
In einem SN II übersteigt der Druck auf die zentrale Eisenkugel den Entartungsdruck, den die Elektronen in der Elektronenhülle der Eisenatome ausüben. Das Fermi-Prinzip in der Quantenmechanik besagt, dass kein Fermion (zB ein Elektron) den gleichen quantenmechanischen Zustand wie ein anderes einnehmen darf. Der dabei ausgeübte Druck ist so groß, dass die Elektronen der Eisenatome ihm nicht mehr gehorchen können und in den Kern gedrängt werden, wo sie mit den Protonen zu Neutronen reagieren.
Eisenreichtum
Warum reichern SN Ia ihre Umgebung mit mehr Eisen an als SN II? Dabei geht es nicht so sehr um die Eisenproduktion, sondern darum, wie viel von diesem Eisen im interstellaren Raum landet, wo es Teil einer neuen Generation von Sternen sein kann. In einem SN Ia wird der Vorläufer vollständig zerstört, wodurch alle seine Atome in seiner Wirtsgalaxie verstreut werden. Ein SN II bildet einen kompakten Überrest, entweder einen Neutronenstern oder ein Schwarzes Loch. Viele der späteren, schwereren Fusionsprodukte werden bei der Supernova-Explosion nicht nach außen getragen, sondern werden Teil des kompakten Überrests.
Beachten Sie, dass viele der schweren Elemente, die von einer Supernova des "explodierenden massereichen Sterns" verstreut werden, aus einer Fülle von Neutrinos resultieren, die der zentralen Explosion entkommen und mit der äußeren Hülle aus leichteren Elementen reagieren, die weggesprengt wird.
ProfRob