Die Mainzer
Wissenschaftler haben lange drauf gewartet, doch jetzt ist es soweit: Seit Anfang Februar ziert
eine kostbare
Nanosims-Ionenmikrosonde das eigens für sie neu eingerichtete Laboratorium in
der Abteilung Kosmochemie des Max-Planck-Instituts für Chemie in Mainz. Durch
die Analyse von interstellaren Staubkörner mit dem neuen Gerät
erhoffen sich die Forscher neue Erkenntnisse über die Entwicklung
unseres Sonnensystems und der Milchstraße.
Rasterelektronenmikroskopaufnahme
eines Siliziumkarbidkorns aus dem Murchison-Meteoriten. Dieses
Relikt eines fernen Sterns hat einen Durchmesser von weniger als
einem Mikrometer und ist mehr als 4,57 Milliarden Jahre alt. Foto:
idw/Max-Planck-Instuitut für Chemie |
Das
weltweit zweite Gerät dieser Art ist ein Sekundärionenmassenspektrometer
(SIMS) der französischen Firma Cameca, die bei der Festlegung der
Spezifikationen und Geräteeigenschaften sowie dem Design und den abschließenden
Testmessungen eng mit dem Mainzer Max-Planck-Institut und dem Laboratory for Space Sciences
an der Washington University in St. Louis zusammengearbeitet hat. Die
Amerikaner erhielten vor kurzem das zweite Gerät dieser Art.
"Mit der Hilfe der
Nanosims-Ionenmikrosonde können wir nun zum ersten Mal Meteoritenmaterie und
interstellare Staubpartikel im Größenbereich von weniger als 100 Nanometern
(Millionstel eines Millimeters) untersuchen und hoffen damit viele offene Fragen
in der Kosmochemie und Astrophysik beantworten zu können", erläutert Dr.
Peter Hoppe, Leiter der SIMS-Arbeitsgruppe. Bei der Sekundärionenmassenspektrometrie wird die feste Probe mit einem Primärionenstrahl,
z.B. mit Cäsium- oder Sauerstoffionen, beschossen. Die dabei erzeugten Sekundärionen
werden massenspektrometrisch analysiert, wobei ein dreidimensionales Bild der
Element- und Isotopenzusammensetzungen einer Probe gewonnen wird.
Die
SIMS-Methode findet eine breite Anwendung in der Kosmochemie, Geochemie und
Geologie. In den letzten Jahren wurden insbesondere präsolare Körner, die älter
sind als das Sonnensystem selbst und sich aus von Sternen weggeschleudertem
Staub gebildet haben, untersucht. Die Isotopenanalysen an präsolaren
Staubkörnern, die in primitiven Meteoriten gefunden wurden, liefern Aussagen über
die Entwicklung von Sternen und die Elementbildung durch kernphysikalische Prozesse
im Innern der Sonnen, das Kornwachstum in Sternatmosphären und die galaktische
chemische Evolution.
Die Messungen mit bisherigen Ionenmikrosonden waren auf Partikel mit
Durchmessern größer als 0,5 Mikrometer (Tausendstel eines Millimeters) beschränkt
und somit auf vergleichsweise große, nicht repräsentative Körner: Die
beobachteten Durchmesser präsolarer Mineralien - wie z.B. Diamant oder
Siliziumkarbid - variieren nämlich zwischen einigen Nanometern und einigen Mikrometern.
Die neue Sonde ermöglicht eine räumliche Auflösung bis zu 30 Nanometer bei
einer hohen Nachweisempfindlichkeit der Sekundärionen. Es können dabei
simultan bis zu sechs Isotope gemessen werden. "Damit wird nicht nur ein
repräsentativeres Bild der Isotopenzusammensetzung vieler präsolarer
Mineralphasen gewonnen", erklärt Dr. Hoppe. "Wir werden gezielt nach
kleinen präsolaren Staubkörnern suchen, um damit eventuell bis heute nicht
nachweisbare präsolare Mineralphasen, wie z.B. Silikate, zu finden. Die
Isotopenmessungen wollen wir auch auf neue astrophysikalisch relevante Elemente
- z.B. Elemente der Eisengruppe - ausdehnen."
Mit der neuen Sonde sind eine Vielzahl weiterer Messungen in der Abteilung
Kosmochemie geplant. So sollen die Kometenmaterie - wahrscheinlich das ursprünglichste
Material in unserem Sonnensystem und daher besonders reich an präsolaren Staubkörnern
- und auch heutiger interstellarer Staub untersucht werden. Ein Vergleich von
heutigem interstellarem Staub mit solchem aus Meteoriten und Kometen, der vor
der Bildung des Sonnensystems entstanden ist,
kann wichtige Erkenntnisse über die galaktische chemische Evolution liefern.
Die neue Sonde könnte zudem dazu beitragen, eine verlässliche Altersbestimmung an
direkt gesammeltem Marsgestein zu ermöglichen.