Bestimmung der Häufigkeiten von trans-Eisen Elementen in der bislang größten Stichprobe heißer Weißer Zwerge

• Antragstellerin: Dr. Nicole Reindl
• Fachliche Zuordnung: Astrophysik und Astronomie
• Förderung: Förderung seit 2026
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 578934844

Die Entstehung und Verteilung chemischer Elemente im Universum zählt zu den spannendsten Fragen der Physik. Besonders die Bildung der Trans-Eisengruppen-Elemente (TEE, Z > 28) durch verschiedene Neutroneneinfangprozesse sowie die astrophysikalischen Bedingungen ihrer Synthese stellen ein faszinierendes, interdisziplinäres Forschungsfeld dar. Während man davon ausgeht, dass TEE primär durch langsamen (s-Prozess) oder schnellen (r-Prozess) Neutroneneinfang entstehen, stellen neuere Sternhäufigkeitsmessungen unsere Vorstellung von der Produktion schwerer Elemente in Frage. Besonders durch zunehmende Beobachtungen von C-reichen, metallarmen Sternen wurde deutlich, dass auch ein intermediärer Neutroneneinfangprozess – der i-Prozess – existieren muss, dessen astrophysikalischer Ursprung jedoch unklar ist. Ziel dieses Projekts ist es, TEE-Häufigkeiten in der bislang größten Stichprobe heißer Weißer Zwerge zu bestimmen. Diese kurzlebigen Sterne markieren den Anfang vom Ende der meisten Sterne. Die Mehrheit besitzt eine H-reiche Atmosphäre, in der entweder solare TEE-Muster oder Spuren des s-Prozesses zu erwarten sind. Doch etwa 20 % der heißesten Weißen Zwerge zeigen aufgrund eines sehr späten thermischen Pulses eine He-reich Atmosphäre. Darüber hinaus könnten sich H-reiche Weiße Zwerge mit M<0,5M_sun nach einem späten He-Kern Flash bilden. Beide Szenarien sind vielversprechende i-Prozess-Motoren, wodurch He-reiche und niedrig massige H-reiche Weiße Zwerge als vielversprechende Kandidaten gelten, die Abdrücke der i-Prozess Nukleosynthese zeigen könnten. Die Entdeckung solcher Signaturen könnte unser Verständnis des noch neuartigen i-Prozesses und seiner Funktionsweise in Sternen grundlegend verändern. Bislang wurden TEEs nur in zehn heißen Weißen Zwergen nachgewiesen, wobei Linien von 19 TEE identifiziert wurden. Von einem umfassenden Bild ihrer TEE Häufigkeitsmuster sind wir jedoch noch weit entfernt. Dieses Projekt wird die verfügbaren TEE-Häufigkeitsdaten um den Faktor fünf erweitern – ein entscheidender Schritt von Einzelfällen hin zu einer systematischen Analyse. Grundlage sind hochwertige, bestehende Beobachtungsdatensätze, moderne NLTE-Modellatome für hochionisierte TEE, und ein neues Modellgitter für H-reiche Weiße Zwerge. Durch zusätzliche Atmosphärenmodelle, kinematische Analysen, und die Modellierung von Diffusionsprozessen, soll erstmals nachvollzogen werden, wie sich TEE-Häufigkeiten in Abhängigkeit von Temperatur und Sterngeschichte verändern. Prof. Dr. Falk Herwig wird als Mercator Fellow das Projekt unterstützen mit maßgeschneiderten Sternentwicklungs- und Nukleosynthesemodellen, die sowohl s- als auch i-Prozesse berücksichtigen. Diese Zusammenarbeit wird die Unsicherheiten bei der Vorhersage der TEE-Häufigkeiten aus dem i-Prozess deutlich reduzieren, was entscheidend ist für die Entschlüsselung der Beiträge der Atom-, Kern- und Sternphysik zu den besonderen TEE-Mustern, die in heißen Weißen Zwergen beobachtet werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Kanada
• Kooperationspartner: Professor Dr. Falk Herwig