Wie schätzen Wissenschaftler die Elementhäufigkeit im Universum ein?

Ich denke, die Handlung, die Sie zeigen, ist die geschätzte Häufigkeit des interstellaren Mediums, aus dem sich die Sonne gebildet hat.

Die chemische Häufigkeit des interstellaren Mediums ändert sich mit der Zeit, also muss man einen Zeitpunkt definieren, zu dem man sie abschätzen kann. Da die anfängliche chemische Häufigkeit im Universum im Wesentlichen H, He mit Spuren von D, Li und Be ist, handelt es sich eindeutig nicht um die ursprünglichen Häufigkeiten, da alle schwereren Elemente in Sternen hergestellt werden.

Woher kennen wir also die Fülle des ISM, aus dem sich die Sonne gebildet hat? Es ist für jedes Element eine andere Geschichte, aber im Grunde fallen sie in zwei Kategorien: Entweder stammen die Häufigkeiten aus einer detaillierten Analyse des Spektrums der Sonne; oder direkter durch die Analyse der Zusammensetzung von Meteoriten. Vollständige Übersichten hierzu finden sich in Lodders (2003) und Asplund et al. (2009) .

Viele Elementhäufigkeiten können mit außergewöhnlicher Genauigkeit in Meteoriten gemessen werden, die auf die Erde gefallen sind (normalerweise in Bezug auf Silizium), nachdem sie sich aus dem protostellaren Nebel gebildet haben. Dies wird normalerweise als die beste Methode angesehen, aber es gibt viele chemische Elemente, die in Meteorien nicht richtig dargestellt werden - zum Beispiel die flüchtigen Elemente H, C, N, O und die Edelgase. Für diese Elemente kann das Sonnenspektrum aus einer detaillierten Kenntnis der Übergangsstärken der atomaren Linien und der Struktur der solaren Photosphäre weniger genaue Häufigkeiten liefern. Bei Li ist es umgekehrt. Die Sonne ist Li-arm und die Fülle kommt von Meteoriten. Die Sonnen- und Meteoritenhäufigkeiten werden auf die gleiche Skala gebracht, indem die Si-Häufigkeit (und manchmal zusätzliche Elemente) angepasst wird.

Es ist interessant, dass Ihr Plot keine Fehlerbalken hat. Einige der Elementhäufigkeiten sind mit erheblichen Unsicherheiten behaftet. Die meisten Meteoritenhäufigkeiten sind zu 5% bekannt. Einige der solaren Häufigkeiten sind zu 10-50% unsicher. Es besteht normalerweise eine vernünftige Übereinstimmung, wenn kein Grund zu der Annahme besteht, dass die eine oder andere Häufigkeit durch einen physikalischen Prozess verändert wurde. Etwas besorgniserregend sind die Häufigkeiten von C, N, O - diese gehören zu den am häufigsten vorkommenden Elementen im heutigen Kosmos (O ist der 3. Platz hinter H und He). Die Häufigkeiten davon sind jedoch (von der Sonne) nur mit einer Genauigkeit von 12% (1-Sigma) bekannt.

Bearbeiten: Natürlich sind die von der Sonne und Meteoriten gefundenen Häufigkeiten nicht unbedingt die Häufigkeiten des heutigen interstellaren Mediums oder die Häufigkeiten irgendwo anders in der Galaxie (oder tatsächlich anderen Galaxien). Aber ähnliche Techniken können auf Sterne unterschiedlichen Alters oder an verschiedenen Orten oder sogar auf angeregte Gase im interstellaren Medium angewendet werden. Was natürlich nicht getan werden kann, ist, einen Teil des Materials tatsächlich zu beschaffen und zu analysieren, so dass im Allgemeinen die für "anderswo" bestimmten Häufigkeiten weniger genau sind als für das Sonnensystem oder die Sonne.