Einfžhrung i n die Astrophysik Teil 1

196 KAPITEL 3. KERNPHYSIK: ALTERSBESTIMMUNG
leichten Elementen Lithium, Beryllium und Bor. Diese sind überhäufig
in der CR, bei der Sonne sind sie um bis zu 106−mal unterhäufig. Sie
sind vermutlich sekundär, also durch Spallation mit interstellarem H und
He auf dem Weg von der Quelle zum Sonnensystem erzeugt.
Ebenfalls deutlich unterhäufig sind Sc und V (s. Tabelle), ferner F, P, Cl,
K und Ti. Von ihnen wird ebenfalls angenommen, daß sie sekundär sind.
Überschwere Elemente (nicht mehr aufgeführt) ab Z = 31 sind dagegen
einheitlich selten (etwa 10−4 Element-Häufigkeiten II
Z Name Sonne CR
3 Li 4 · 10
) in der CR und in der Sonne, sie sind nur
noch in Spuren vorhanden (weniger als Promille).
−4 18
4 Be 7 · 10−6 10.5
5 B 3 · 10−3 28
6 C 100 100
21 Sc 3 · 10−4 0.4
23 V 2 · 10−3 0.7
Besonders interessant wegen seiner grossen Halbwertszeit von 4 · 10
Tab. 3.3: Elementäufigkeit II
6 yr ist 10Be. Es ist ebenfalls ein
Spallationsprodukt, seine Häufigkeit kann benutzt werden, um die Verweildauer der CR in der Galaxie
zu bestimmen.
Radioaktivität
Wichtigstes terrestrisches Beispiel ist hier 14 C, t1/2 = 5568 yr, welches 1946 von W. F. Libby erstmals
zur Altersbestimmung benutzt wurde.
Als Beispiel betrachten wir die Erdatmosphäre. Ein hochenergetisches, E > mpc 2 , Teilchen der kosmischen
Strahlung erzeugt eine Kaskade sekundärer Teilchen mit N neuen Teilchen, N � 2(E/mpc 2 ) 1/4 .
Die Neutronenkomponente wird von Stickstoff absorbiert. Diese Transmutation liefert zu 95% das
Kohlenstoffisotop 14 C (Säulendichte - Erzeugungsrate: 2.23 cm −2 s −1 )
14 N + n → 14 C
und zu 5% Tritium (Säulendichte - Erzeugungsrate: 0.2 cm −2 s −1 )
14 N + n → 12 C + 3 H
Oxidation liefert dann radioaktives CO2 und H2O. Die Halbwertszeiten sind 5568 yr für 14 C und 12.46
yr für Tritium. Die Durchsatzzeit der radioktiven Komponente beträgt etwa 25 yr (zwischen Erzeugung
und Ankunft auf der Erde), danach werden sie in organischem Material eingebaut oder in Fels
abgelagert.
3.4 Sternentwicklung
Ein Stern verläßt die Hauptreihe, wenn im Zentrum etwa 1/10 der Masse in He umgewandelt worden
ist, im Innern befindet sich dann ein Kern aus reinem Helium. Für die Sonne dauert das etwa 10 10 Jahre
(10 Gyr), wovon etwa die Hälfte um ist.
3.4.1 Sternentwicklungszeiten
Sterne mit einheitlichem Ursprung, d. h. Mitglieder von Haufen oder Assoziationen, sind vermutlich
in vergleichbar kurzer Zeit in einer Molekülolke entstanden. So wird in einigen 10 Millionen Jahren
vom Orionnebel ein offener Sternhaufen mit etwa 1000 Sternen übrigbleiben. Da massereiche Sterne
sich schneller entwickeln als massearme, werden die massiven Sterne als erste im Hertzsprung-Russel-
Diagramm fehlen: kennt man (aus der Theorie) die Sternentwicklungszeit eines Sterns der Masse M,
so kann man das Alter direkt aus dem Hertzsprung-Russel-Diagramm des Sternhaufens ablesen.
In der Milchstraße sind etwa 650 offene Sternhaufen (Beispiel: Hyaden, Praesepe und Pleijaden) mit
bis zu 1000 Mitgliedern bekannt. Die Kugelsternhaufen (markante Beispiele: ω Cen, M3 und 47 Tucanae)
sind wesentlich älter, gehören zur Halo Population und davon sind etwa 130 schon lange bekannt.