Was passiert mit Sauerstoff, der auf der Sonne (oder anderen Sternen) produziert wird?

9

Durch Kernfusion kann die Sonne (oder zumindest eines Tages) Atome aller Elemente bis einschließlich Sauerstoff produzieren . Und zumindest in der terrestrischen Chemie erhält man Wasser, wenn man Sauerstoff, Wasserstoff und eine kleine Menge Wärme kombiniert. Oder Lithium und Sauerstoff und Wärme erzeugen Lithiumoxid. Diese einzelnen Komponenten sind alle in einem Stern wie der Sonne leicht verfügbar.

Meine Frage ist also, ob der von der Sonne (oder einem anderen Stern jetzt, in der Zukunft oder in der Vergangenheit) erzeugte Sauerstoff chemisch (zum Beispiel durch Oxidations- oder Verbrennungsprozesse) mit den anderen Elementen in der Atmosphäre des Sterns reagiert ?

Oder ich nehme allgemeiner an, interagieren die durch Kernfusion in einem Stern gebildeten Elemente chemisch, um komplexere Moleküle zu produzieren (und wenn nicht, warum dann nicht)?

Aroth
quelle
1
Bitte beachten Sie, dass Elemente, die schwerer als Sauerstoff sind, in der Sonne (in der AGB-Phase) über den S-Prozess (Neutroneneinfang) erzeugt werden.
Rob Jeffries

Antworten:

6

Die Sonne ist ein kleiner Hauptreihenstern. Es produziert keinen Sauerstoff durch Fusion. Es kann nicht. Die Temperatur und der Druck im Sonnenkern sind zu niedrig. Die Fusion in der Sonne beschränkt sich derzeit auf die Produktion von Helium. Dies wird mehrere Milliarden Jahre so bleiben.

Das heißt, es gibt Sauerstoff in der Sonne, ungefähr 1 Massen-%. Dieser Sauerstoff wurde vor langer Zeit von anderen Sternen in den Endphasen ihres Lebens produziert. Unsere Sonne ist ein Stern der dritten Generation (oder mehr). Der größte Teil der Sonne ist viel zu heiß, als dass sich diese Sauerstoffatome chemisch verbinden könnten. Eine Ausnahme bilden Sonnenflecken, relativ kühle Bereiche in der Photosphäre der Sonne. (Relativ kühl bedeutet weniger als 4500 Kelvin, also immer noch ziemlich heiß.) Bei diesen niedrigen Temperaturen können sich Moleküle bilden, und Wissenschaftler sehen im Licht der Sonne Signaturen vieler verschiedener Moleküle.


Update als Antwort auf Änderungen an der Frage

Moleküle können sich nicht innerhalb eines Sterns bilden. Die Temperaturen sind einfach zu hoch. Moleküle zersetzen sich bei hohen Temperaturen in ihre Bestandteile. Die Photosphäre der Sonne besteht aus etwa 5800 Kelvin, was bereits zu heiß ist, um sehr viele Moleküle aufzunehmen. Die Temperatur steigt mit zunehmender Tiefe unterhalb der Photosphäre schnell an. Die Kerntemperatur der Sonne beträgt etwa 15 Millionen Kelvin (27 Millionen Fahrenheit), und die Sonne ist ein kleiner Stern. Größere Sterne haben noch höhere Kerntemperaturen. Bei 15 Millionen Kelvin gibt es nicht einmal Atome, geschweige denn Moleküle. Es gibt stattdessen Atomkerne und Elektronen. Atome werden bei diesen extremen Temperaturen von ihren Elektronen befreit.

In fünf bis sieben Milliarden Jahren wird unsere Sonne den gesamten Wasserstoff im Kern zu Helium verschmolzen haben. Dann wird unsere Sonne ein roter Riese. Selbst dann wird es immer noch keinen Sauerstoff produzieren. Die erste Stufe, die ein Stern mit einer Sonnenmasse nach dem Verlassen der Hauptsequenz erlebt, ist die rote Riesenphase, in der der Kern eine inerte Heliummasse ist, die von einer Hülle aus verschmelzendem Wasserstoff umgeben ist.

Schließlich (nach etwa einer weiteren Milliarde Jahren) steigt die Temperatur dieses Heliumkerns bis zu dem Punkt an, an dem das Helium über den ersten Schritt auf der Alpha-Leiter zu Kohlenstoff und etwas Sauerstoff verschmilzt. Zu diesem Zeitpunkt verlässt die Sonne die rote Riesenphase und verbindet sich mit dem horizontalen Zweig des Hertzsprung-Russell-Diagramms. Dies ist eine eher kurzlebige Phase im Leben eines Sterns. Der durch Heliumfusion schnell (in Sternzeiträumen) erzeugte Kohlenstoff und Sauerstoff bilden einen inerten Kern. An diesem Punkt wird unsere Sonne zu einem asymptotischen roten Riesen.

Die Phasen des roten Riesen und der asymptotischen roten Riesen sind ziemlich chaotisch, erschüttert von Krämpfen, bei denen der Stern viel Gas ausstößt. Unsere Sonne wird durch solche Krämpfe etwa die Hälfte ihrer Masse verlieren. Moleküle bilden sich, wenn dieses ausgestoßene Gas abkühlt. Dies führt zu einigen der schönsten Bilder der Astronomie (siehe unten).

David Hammen
quelle
1
Ich bin mir nicht sicher, ob der erste Punkt relevant oder sogar genau ist. Nach den Informationen hier , hier und hier ist die Sonne massiv genug, um Sauerstoff zu produzieren. Wenn nicht heute, dann irgendwann in seinem Lebenszyklus.
Aroth
2
@aroth: Der erste Punkt ist völlig relevant und absolut korrekt. Lesen Sie Ihre zweite und dritte Referenz sorgfältig durch. Ich bin kein Fan von Wikipedia, aber es ist sicherlich besser als Yahoo Antworten. Die Sonne wird schließlich Sauerstoff produzieren, aber zuerst muss sie den gesamten Wasserstoff im Kern verbrauchen. Dann wird es ein roter Riese (und es wird immer noch keinen Sauerstoff produzieren). Die Sonne produziert nur dann Sauerstoff, wenn sie die rote Riesenbühne verlässt, um sich dem horizontalen Ast anzuschließen. Das wird mehrere Milliarden Jahre lang nicht passieren.
David Hammen
1
Ja, weshalb das "Es kann nicht" nicht korrekt ist. Es kann und wird , nur noch eine Weile nicht. Eine lange, lange Zeit, wahr. Aber die Sonne ist in einigen Milliarden Jahren immer noch "die Sonne", so wie sie vor etwa 4 Milliarden Jahren noch "die Sonne" war, als sie ihre Existenz begann. Was Relevanz ... die Substanz der Frage war , was in einem Sterne zu chemisch reaktiven Elementen geschieht und warum (die die zweite Hälfte der Antwortadressen), nicht etwa , ob die Sonne Sauerstoff produziert jetzt .
Aroth
@aroth: Ihre Frage wurde in der Gegenwart formuliert, als ich diese Antwort schrieb. (Der zweite Absatz Ihrer Frage ist immer noch in der Gegenwart formuliert.) Ich habe die Frage beantwortet, die Sie ursprünglich geschrieben haben, nicht die Frage, wie sie derzeit bearbeitet wurde.
David Hammen
In der Gegenwart, aber auch mit einer allgemeinen Zusammenfassung, die klarstellen sollte, dass das Thema "was passiert mit reaktiven Elementen, wenn sie existieren ". Wie auch immer, ich habe die Frage bearbeitet, um hoffentlich klarer zu machen, was tatsächlich gestellt wurde.
Aroth
4

Die Antwort ist ja. Die Bildung von Molekülen ist in den äußeren Photosphären kühler Sterne üblich, und diese Moleküle enthalten häufig Sauerstoff. Offensichtliche und häufige Beispiele sind TiO, VO.

Diese Chemie tritt fast vollständig auf, wenn die Temperaturen unter 5000 K fallen, da sonst die Moleküle dissoziiert werden. Daher kommt es in Sterninterieurs niemals vor.

Die Sonne wird in späteren Lebensphasen Moleküle (mit O) bilden, zuerst in ihrer Atmosphäre, wenn sie (in kleinen Mengen) zu einem roten Riesen wird. Der Sauerstoff in diesen Molekülen wurde nicht produziert in der Sonne, es war schon da. Eine umfassendere Molekülbildung findet statt, wenn es den asymptotischen Riesenast hinaufsteigt, bevor es etwa die Hälfte seiner Hülle durch thermische Pulsationen und einen starken Sternwind verliert. Hier wurde ein Teil des Sauerstoffs in einer heliumverbrennenden Hülle innerhalb der Sonne hergestellt und durch konvektives Mischen an die Oberfläche transportiert.

Rob Jeffries
quelle