Wie oft wurde die Materie in unserem Sonnensystem von früheren Sternen recycelt?

Eine sehr qualitative Betrachtungsweise:

1. Die Erde und damit Sie bestehen aus dem gleichen Material, das zur Metallizität unserer Sonne beiträgt
2. Unsere Sonne ist ein Stern der Population I, was bedeutet, dass sie eine relativ hohe Metallizität aufweist, was darauf hindeutet, dass sie sich gebildet hat, nachdem die schweren und kurzlebigen Sterne der Population II bereits ihre großen Blow-Offs hatten.
3. Die Sterne der Population II teilen sich in frühe und späte Gruppen auf, und alle datieren nach den angenommenen Sternen der Population III.

Daraus schließe ich, dass eine nicht unbedeutende Anzahl der Nukleonen in Ihrem Körper Teil einiger weniger Sterne war. Vielleicht bis zu fünf. Wie Georg feststellt, war für den produktivsten Pfad Zeit, viele Sterne (Dutzende?) einzuschließen.

Sicherlich waren alle Kohlenstoffe, Stickstoffe, Sauerstoffe und Spurenelemente, aus denen Ihr Körper besteht, Teil mindestens eines Sterns.

Keine dieser Tatsachen wirft viel Licht auf die durchschnittliche Sternmitgliedschaftsgeschichte der Nukleonen, aus denen Ihr Körper besteht.

Die "Generationen" der Sterne sind sicherlich nicht so scharf getrennt, wie Sie vermuten. Es ist wahr, dass der Prozentsatz schwerer Elemente – oder „Metallizität“ – zunimmt, während die Sterne ihre thermonukleare Fusion fortsetzen. Aber das meiste, was unsere Sonne verbrennt, ist immer noch Wasserstoff – und es ist derselbe Wasserstoff der „ersten Generation“, den alle früheren Sterne verwendet haben. Sterne werden kontinuierlich geboren und die Metallizität ist normalerweise etwas höher als beim vorherigen Stern.

In der Ära der „Nukleosynthese“, die ca. 3 Minuten nach dem Urknall endete, entstanden meist leichte Elemente im thermischen Gleichgewicht bei den damals herrschenden enormen „nuklearen“ Temperaturen. Eine gute Theorie der Nukleosynthese sagt voraus, dass die meisten Elemente im Universum Wasserstoff sein sollten, mit einer kleineren Menge Helium und einigen Spuren von Lithium und anderen Elementen. Die Beobachtungen bestätigen, dass die Vorhersagen ziemlich genau sind.

Schwerere Elemente wurden in früheren Sternen erzeugt. Aber es ist nicht richtig zu behaupten, dass die Sonne „fast vollständig“ aus recyceltem Material gebaut ist. Ganz im Gegenteil: Genauer gesagt ist die Sonne zum größten Teil aus dem Wasserstoff aufgebaut, der in den ersten Minuten nach dem Urknall entstanden ist – und zudem durch Metalle und andere schwerere Elemente der Vorgängersterne „kontaminiert“. Diese Verunreinigungen sind wichtig für unser Leben – und unsere Industrie – aber sie sind nicht wichtig für die Fähigkeit der Sonne zu brennen.

Es ist wahrscheinlich eine komplizierte Mischung, möglicherweise enthält es etwas Neumaterial, Wolken, die gelegentlich von der Galaxie absorbiert werden, und Material, das möglicherweise mehrfach recycelt wird. Und nicht das gesamte Material, das in einen Stern gelangt, reagiert, bevor es weggeblasen wird, so dass ein Teil (vielleicht viel) des Wasserstoffs in der Sonne einst in den äußeren Schichten eines anderen Sterns gewesen sein könnte. Und selbst einige Starts der ersten Generation (Pop III), die eine geringe Masse hatten, haben ihren Lebenszyklus noch nicht abgeschlossen, also ist es nur ein chaotisches Durcheinander von Gas und Staub, das seit Milliarden von Jahren von der Schwerkraft und Sternwinden herumgeschubst wird, plus einige neue Gas, das vor kurzem in die Milchstraße gefallen ist, ganz gemischt, aber nicht so gut gemischt, dass es eine einheitliche Zusammensetzung hat.

Die Elemente, die den Großteil der Erde ausmachen, waren Teil des präsolaren Nebels. Eine ähnliche (wenn auch nicht identische) Mischung von Elementen findet sich in Meteoritenmaterial, von dem angenommen wird, dass es die mittlere Häufigkeit dieses Nebels (abzüglich der flüchtigen Stoffe) genauer darstellt und tatsächlich auch mit den Häufigkeitsmustern in der Sonne übereinstimmt.

In diesen Meteoriten sind Materialkörner eingeschlossen, die aus Feststoffen bestehen, die bereits im präsolaren Material vorhanden waren. Diese sind wichtig, da angenommen wurde, dass sich diese Körner bei einzelnen stellaren Ereignissen gebildet haben und ihre Isotopenzusammensetzung untersucht werden kann. Diese sagen uns, dass die Sonne aus Material entstanden ist, das in vielen verschiedenen Sternen unterschiedlicher Art war.

Berechnungen zur Sternentwicklung und Nukleosynthese erzählen uns die gleiche Geschichte. Während beispielsweise der größte Teil unseres Sauerstoffs in massereichen Sternen hergestellt wurde, die eine Kernkollaps-Supernova erlebten, produzieren solche Ereignisse nicht viel Kohlenstoff. Das C/O-Verhältnis sagt uns, dass der größte Teil unseres Kohlenstoffs über die Winde von AGB-Sternen mittlerer Masse stammt. Schwere Elemente wie Uran werden überwiegend in Supernovae produziert (obwohl derzeit angenommen wird, dass verschmelzende Neutronenstern-Doppelsterne einen wesentlichen Beitrag dazu leisten könnten), andere wie Barium jedoch nicht.

Die Details darüber, wie viele Generationen der Sonne und der Erde vorausgegangen sind, haben keine einheitliche Antwort. Ein Großteil (vielleicht über 90 %) des solaren Wasserstoffs und Heliums könnte makellos sein; Einige werden mehr als einen Stern durchlaufen haben. Schwerere Elemente (abgesehen von etwas Lithium) werden mindestens einen Stern durchdrungen haben. Die Tatsache, dass wir s-Prozess-Elemente wie Ba, La und Ce haben, die durch Neutroneneinfang auf Eisenspitzenelementen gebildet werden, sagt uns, dass diese durch mindestens zwei Sterne gegangen sind.

Dies sind jedoch große Untertreibungen. Das Einmischen in das interstellare Medium ist ziemlich effektiv. Das Material, das vor 5 bis 12 Milliarden Jahren von Supernovae und Sternwinden ausgespuckt wurde, hatte vor der Geburt der Sonne reichlich Zeit, sich in der ganzen Galaxie zu vermischen. Turbulenzen und Scherinstabilitäten sollten Material auf galaktischen Längenskalen in einer Milliarde Jahren oder weniger verteilen ( Roy & Kunth 1995 ; de Avillez & Mac Low 2003 ), obwohl lokale Inhomogenitäten, die mit nahe gelegenen jüngsten Ereignissen verbunden sind, bestehen bleiben können$10^{8}$Jahre. Wenn dies der Fall ist, dann ist die Sonne das Produkt der$\sim$Milliarden Sterne, die starben, bevor sie geboren wurden.

Es gibt drei allgemeine Populationen von Sternen, basierend auf ihrer Metallizität , d. h. der Fülle schwerer Elemente in ihrer Atmosphäre. Diese Fülle ist ein Indikator für die Fülle schwerer Elemente der ursprünglichen Wolke, die den Stern hervorbrachte.

Wir haben also Population-I-Sterne, die metallreich sind, Population-II-Sterne, die metallarm sind, und Population-III-Sterne, die metallfrei sind. Sterne der Population III sind die ersten Sterne, die sich in unserem Universum gebildet haben, und sie müssen sehr massereich gewesen sein und irgendwie gelebt haben. Population II ist die zweite Generation von Sternen, die die schwereren Elemente erzeugt hat. Schließlich sind die Sterne der Population I die zuletzt entstandenen Sterne, die auch schwerere Elemente aufweisen, die in den Sternen der Population II entstanden sind. Unsere Sonne ist ein Stern der Population I, also ist die Sonne gewissermaßen ein Stern der dritten Generation. Berücksichtigt man das Alter des Universums und die durchschnittliche Lebensdauer der massereicheren Sterne, die in Supernovas die schwereren Elemente bilden, dann ist die Annahme vernünftig, dass die Sonne das Material von mindestens zwei früheren Sternen verwendet hat.

Überprüfen Sie zuerst die Metallizität , dann die Nukleokosmochronologie . Das gibt einen groben Überblick über das Thema. Und auch, dass das Thema ein sich derzeit entwickelndes Gebiet in der Kosmologie ist.

Es scheint, dass die prägnante und experimentell bestätigte Theorie der Entstehung erster Sterne sowie die Theorie der Reionisation erforderlich sind, um Ihre Frage zu beantworten. Und eine solche Theorie gibt es (noch) nicht.