Schwere Metalle in heißen Sternen: von Atomphysik zu Sternentwicklung

Abstract

Hot Subdwarfs mit extremen Anreicherungen schwerer Elemente wie Zirkonium oder Blei sind bekannt, ihre Entstehung jedoch unklar. Bisherige Erklärungen basierten auf atmosphärischer Diffusion. Eine alternative Hypothese, die Anreicherung durch innere Nukleosyntheseprozesse, wurde bislang nicht bestätigt. Ziel des Projekts war die Bestimmung der Häufigkeiten schwerer Metalle in den Hot Subdwarfs EC22536-5304 und LSIV-14 116 sowie die Klärung ihrer Herkunft: Handelt es sich um atmosphärische Diffusion oder um nukleare Prozesse in der Sternentwicklung? Zusätzlich sollte die Isotopenverteilung von Blei im Stern HD127493 bestimmt werden, um Rückschlüsse auf mögliche Neutroneneinfangprozesse (i-Prozess) zu ziehen. Für die Analyse wurden hochaufgelöste UV-Spektren der Sterne mit dem Hubble Space Telescope aufgenommen. Diese Daten wurden manuell reduziert und aufbereitet. Anschließend erfolgte eine detaillierte Spektralanalyse durch Vergleich mit synthetischen Spektren, die mit den Modellen TLUSTY und SYNSPEC erstellt wurden. Dazu war die Sammlung und Berechnung atomarer Daten (z. B. Linienpositionen, Oszillatorstärken) erforderlich, insbesondere für schwere Elemente ab Z=30. Modellatome für relevante Ionen (Pb III–VI) wurden erstellt und in non-LTE-Atmosphärenmodellen angewendet. Eine Vielzahl von Kollaborationen unterstützte in der Berechnung . In den Sternen EC22536-5304 und LSIV-14 116 wurden 21 bzw. 26 schwere Elemente identifiziert, viele davon erstmals im Sternspektrum darunter Hafnium, Wolfram, Thallium, Quecksilber und mehrere Lanthanoide. Die gemessenen Elementhäufigkeiten stimmen bei EC22536-5304 sehr gut mit den Vorhersagen neuer i-Prozess-Modelle überein, was erstmals einen überzeugenden Nachweis für interne Neutroneneinfang-Nukleosynthese in Hot Subdwarfs ermöglicht. Erste Modelle für das Isotopenverhältnis von Blei in HD127493 deuten auf eine nicht-solare Zusammensetzung hin, in weiteres Indiz für i-Prozess-Nukleosynthese. Diffusionsmodelle konnten im Projektzeitraum noch nicht erstellt werden, sind aber in Planung. Die Ergebnisse belegen erstmals, dass interne Nukleosyntheseprozesse, insbesondere der i-Prozesses, eine plausible Erklärung für die extremen Schwermetallanreicherungen in bestimmten Hot Subdwarfs liefern. Dies stellt eine bedeutende Erweiterung des Verständnisses von Sternentwicklung und chemischer Evolution dar. Die gewonnenen Modellatome und Atomdaten sind zukünftig auch auf andere astrophysikalische Objekte anwendbar. Die Erkenntnisse eröffnen neue Perspektiven für die Entstehung und Entwicklung von kompakten Sternen sowie für die nukleare Astrophysik im Allgemeinen.