Universum und Heavy Metal

Uns wird die Geburt von so etwas wie Heavy Metal zugeschrieben. Wenn ja, dann brauchen wir dringend eine Abtreibung.
- Ginger Baker, Gründer der britischen Rockband Cream

Schau dich um. Schau dich genau um. Für alles, was dich umgibt - Steine, Bäume, Berge, Himmel, Wolken, Sonne, Wasser, alle Lebewesen.

Woraus besteht das alles?



Grundsätzlich besteht alles, was Sie wissen, alles auf der Erde aus Atomen. Wasserstoff, Kohlenstoff, Stickstoff, Kalzium, Eisen, Gold usw. Alle Elemente des Universums werden auf viele verschiedene Arten kombiniert, um alles zu erhalten, was wir im Universum beobachten können. Und wenn wir die Essenz von Objekten betrachten, werden wir genau das sehen, was jedem Atom seine besonderen Eigenschaften verleiht.



Und überraschenderweise ist es nur die Anzahl der Protonen im Kern eines Atoms. Und die ganze Vielfalt der Dinge, die in unserer Welt existieren, kann nur existieren, weil es in der Welt eine Fülle verschiedener Elemente gibt, von Wasserstoff bis Uran und darüber hinaus.



Aber all diese Elemente existierten nicht immer. Und natürlich gab es nicht immer so viele wie heute. Beispielsweise kühlte sich das Universum wenige Minuten nach dem Urknall so weit ab, dass alle Kernreaktionen, die unter den gegebenen Bedingungen auftreten könnten, in ihm stattfinden konnten. Und wir können sagen, welche Elemente zu diesem Zeitpunkt im Universum waren.



Seltsamerweise besteht das Universum (nach Masse) aus 76% Wasserstoff, 24% Helium und nicht mehr als 0,0000001% aller anderen Elemente zusammen. Das Universum kühlte ab und erzeugte ohne Probleme neutrale Atome, aber da nur Wasserstoff mit Helium und eine vernachlässigbare Menge anderer Atome darin vorkamen, kann man nur überrascht sein, was wir heute haben.



Woher kam das alles? Alle heute verfügbaren Elemente sind erschienen und erscheinen immer noch auf eine Weise: in den Sternen.



Unsere Sonne wandelt wie die meisten Sterne im Verlauf der Kernfusion Wasserstoff in Helium um, und das ist es, was unsere Leuchte nährt. Aber die schwersten und massereichsten Sterne verbrennen ihren Treibstoff viel schneller. Und wenn sie den gesamten Wasserstoff verbrennen, wandeln sie das entstehende Helium in Kohlenstoff und dann in Stickstoff, Sauerstoff, Neon und Natrium und dann in Silizium und Schwefel und dann in Eisen, Nickel, Kobalt und Kupfer um.



Sterne erreichen dieses Stadium, dessen Masse das Sonnenminimum um acht oder sogar hunderte Male überschreitet. Unsere Sonne wird ungefähr zehn Milliarden Jahre brauchen, um ihren gesamten Brennstoff zu verbrennen. Und massereichere Sterne brennen von zig Millionen bis nur Zehntausenden von Jahren, bis ihnen in ihrem Kern der Treibstoff ausgeht! Und die nächste Etappe ist sehr unterhaltsam.



Ein Stern verwandelt sich in eine Supernova, und die von ihm abgegebene Energie reicht aus, um alle Elemente des Universums in großer Menge zu erschaffen.

Das Video zeigt, wie sich diese Elemente zerstreuen und in das Universum fallen. Unter dem Gesichtspunkt von reinem Wasserstoff und Helium können wir sagen, dass sie das Universum "verschmutzen". Aber wenn Sie die Fülle all dieser Schwermetalle und anderer Elemente im Universum mögen, können Sie sagen, dass sie es bereichern.

In einigen Regionen, die in der Vergangenheit reich an großen Sternenmassen waren - insbesondere dort, wo sich bereits viele Generationen von Sternen verändert haben -, gibt es eine große Menge an Metallen. Es ist dieses Bild, das in dem Teil des Kosmos beobachtet wird, in dem sich die Sonne befindet. Immerhin hat es eine Vielzahl von spektralen Absorptionslinien, die das Vorhandensein schwerer Elemente eindeutig bestimmen!



Im Gegensatz zum „sauberen“ Universum ist unsere Region des Kosmos angereichert, und etwa 2% aller darin enthaltenen Elemente sind schwerer als Wasserstoff oder Helium. Unserer Sonne gingen mindestens zwei Generationen von Sternen voraus, die sich bildeten, ihren Treibstoff verbrannten, starben und ihre Weltraumregion bereicherten. Aber unsere Region kann nicht als eine der reichsten Regionen des Universums oder sogar als unsere Galaxie bezeichnet werden.

Und wo können wir nach solchen Regionen suchen?



Eine große Anzahl von Elementen, die schwerer als Helium sind und von Kosmologen als Metalle bezeichnet werden , befinden sich in den Zentren der massereichsten Galaxien - den hellsten, aktivsten und grausamsten Regionen, die im Universum bekannt sind.

Galaxien begannen erst 50-100 Millionen Jahre nach dem Urknall Sterne zu bilden, und in den massereichsten und reichsten Galaxien, bevor ihr Licht uns erreicht, können nicht eine oder zwei, sondern viele Generationen von Sternen ersetzt werden.

Wenn ich also solche Neuigkeiten sehe:

Wissenschaftler waren überrascht zu entdecken, dass Kohlenstoff im Universum viel früher existierte als bisher angenommen.

Ich bin sehr erstaunt. Denn wenn sie nicht das "frühere" Jahr 1920 bedeuten, dann glauben wir das nicht!



Dies ist TN J0924-2201 , die am weitesten entfernte offene Funkgalaxie (mit Rotverschiebung z = 5,19. Je größer die Anzahl der Rotverschiebungen ist, desto jünger war das Universum und desto weiter ist das Objekt von uns entfernt). Eine wissenschaftliche Arbeit wurde über sie geschrieben. Aber ist es so überraschend, dass in dieser Galaxie so viele Schwermetalle entdeckt wurden? Wir zitieren den Artikel :

Im Bereich von 2,0 <z <4,5 wird keine Entwicklung der Metallizität beobachtet. Unter Verwendung der Nahinfrarotspektroskopie fanden Jiang und Kollegen (2007) keine ausgeprägte Entwicklung der Metallizität bis zu z ~ 6. Kürzlich stellten Juarez und Kollegen (2009) fest, dass die Metallizität selbst für Quasare mit z ~ 6 sehr hoch ist. Diese Ergebnisse zeigen dass die Hauptära der chemischen Evolution in den aktiven Kernen von Galaxien bei z> 6 liegt.

Lassen Sie sich nicht von den Schlagzeilen täuschen: Es ist bekannt, dass das Universum reich an Metallen war und sich bereits einige hundert Millionen Jahre nach dem Urknall, dh als sein Alter nur 5% der Gegenwart betrug, ernsthaft weiterentwickelt hat! Lassen Sie uns zum Beispiel auf diese „Baby“ -Galaxie achten:

scienceblogs.com/startswithabang/files/2011/11/spitzer_hubble_big_baby_galaxy_2.jpeg

Diese Galaxie ist nur 700 Millionen Jahre alt, ihre Rotverschiebung ist so, dass sich das von ihr kommende Licht - das größtenteils blau oder ultraviolett war - bereits vom sichtbaren Teil des Spektrums verschoben hat! Und doch ist diese Galaxie nicht nur achtmal so groß wie die Milchstraße, sondern sogar noch schwerer als unsere Sonne!

Und doch wissen wir, dass irgendwann in der Vergangenheit der allererste der gebildeten Sterne nur aus Wasserstoff und Helium bestand. Wo war es Es bleibt nur, weiter in die Vergangenheit zu schauen.



Bisher ist dies die am weitesten entfernte aller uns bekannten Galaxien: UDFj-39546284 . Es existierte, als das Universum nur 480 Millionen Jahre alt war, das sind 3,5% seines gegenwärtigen Alters!

Es gibt eine kleine Anzahl heißer blauer Sterne in dieser Galaxie und ihre Masse beträgt weniger als 1% der Masse der Milchstraße! Haben sich dort die ersten Sterne gebildet? Ist diese Galaxie typisch für die damals existierenden frühen Stadien des Universums?

Nach unseren besten Theorien werden wir uns nicht wundern, wenn so frühe Galaxien reich an Metallen waren und - in vielen Fällen - ihre Massen mit der Masse der Milchstraße vergleichbar waren. Aber irgendwann werden einige der fernen Galaxien die allerersten sein. Und wir wollen wissen, wo es war und wann. Und jetzt wird nur ein Plan entwickelt, um diese Tatsache zu klären.



Und dies ist nur einer der Gründe, warum wir für sie ein Weltraumteleskop brauchen. James Webb!

Und obwohl wir es nicht gestartet haben, wundern Sie sich nicht, dass die fernen Teile des Universums aus Schwermetallen, entwickelten Sternen und massiven Galaxien bestehen. Das Universum ist ein Ort, an dem alles, was wir wissen, sehr schnell geschieht. Man kann nur raten, wie viele Jahre vor vielen Jahren unter geeigneten Bedingungen Planeten und sogar Leben entstanden sein könnten!