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Sternenstaub von Roten Riesen
Redaktion
/ idw / Pressemitteilung der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich
astronews.com
10. Dezember 2019
Ein Teil des Materials, aus dem die Erde entstand, war
Sternenstaub von roten Riesensternen. Dies ist das Ergebnis einer neuen Analyse
von Meteoriten. Zudem lässt sich erklären, warum die Erde mehr von diesem
Sternenstaub enthält als der weiter von der Sonne entfernte Planet Mars und die
Asteroiden. In ihrer Studie konzentriere sich das Team auf das Element
Palladium.
Dieser Muonionalusta-Meteorit ist ein
steinerner Zeitzeuge aus den Anfängen unseres
Sonnensystems.
Foto: Windell Oskay / Flickr (CC BY 2.0) [Großansicht] |
Vor rund 4,5 Milliarden Jahren kollabierte eine interstellare Molekülwolke.
In ihrem Zentrum entstand die Sonne und darum herum eine Scheibe aus Gas und
Staub, in der die Erde und die übrigen Planeten gebildet wurden. In dem gut
durchmischten interstellaren Material befanden sich exotische Staubkörnchen.
"Sternenstaub, der um andere Sonnen gebildet wurde", erklärt Maria Schönbächler,
Professorin am Institut für Geochemie und Petrologie der Eidgenössischen
Technischen Hochschule Zürich (ETH Zürich).
Diese Staubkörnchen machten nur wenige Prozente der gesamten Staubmenge aus
und waren ungleichmäßig in der Scheibe verteilt. "Der Sternenstaub war wie Salz
und Pfeffer", sagt die Geochemikerin, die auch Mitglied des Nationalen
Forschungsschwerpunkts PlanetS ist. Als die Planeten gebildet wurden, bekam
jeder seine eigene Mischung. Noch heute können die Forscherinnen und Forscher
den Sternenstaub, der bei der Geburt des Sonnensystems vorhanden war, im Labor
nachweisen dank hochpräziser Messmethoden. Sie untersuchen bestimmte chemische
Elemente und messen den Anteil verschiedener sogenannter Isotope. Darunter
versteht man verschiedene Atomsorten eines Elements, die zwar im Kern die
gleiche Anzahl Protonen aber unterschiedlich viel Neutronen besitzen.
"Die Verteilung dieser Isotope ist wie ein Fingerabdruck", erklärt
Schönbächler. "Sternenstaub hat ganz extreme und einzigartige Fingerabdrücke und
weil er so ungleichmäßig verteilt war, hat auch jeder Planet und jeder Asteroid
bei seiner Entstehung seinen eigenen Fingerabdruck bekommen."
Diese sogenannten isotopischen Anomalien konnten Forschende in den letzten
zehn Jahren bei der Untersuchung von Erdgestein und Meteoriten bei immer mehr
Elementen nachweisen. Schönbächlers Gruppe untersuchte nun Meteoriten, die
ursprünglich Teil der Kerne von Asteroiden waren, die vor langer Zeit wieder
zerstört wurden. Dabei konzentrierte sie sich auf das Element Palladium. Zuvor
hatten andere Teams im Periodensystem benachbarte Elemente wie Molybdän und
Ruthenium untersucht. Daraus ließ sich eine Voraussage für die
Palladium-Resultate machen. Doch die Messungen widersprachen der Prognose. "Die
Meteoriten enthielten viel kleinere Palladium-Anomalien als erwartet",
unterstreicht Mattias Ek, der unter anderem die Labormessungen an der ETH als
Doktorand durchführte und jetzt als Postdoc an der Universität Bristol arbeitet.
Mit einem neuen Modell können die Forschenden diese Resultate nun aber
erklären: Aufgrund seiner Zusammensetzung muss der Sternenstaub hauptsächlich in
roten Riesensternen entstanden sein. Dies sind alternde Sterne, die sich
ausdehnen, weil ihr Brennstoff im Kern erschöpft ist. Auch die Sonne wird in
vier bis fünf Milliarden Jahren zu einem Roten Riesen werden. Bei diesen Sternen
kommt es zu sogenannten langsamen Neutroneneinfang-Prozessen, bei denen
schwerere Elemente wie beispielsweise Molybdän oder Palladium entstehen.
"Palladium ist etwas flüchtiger als die anderen gemessenen Elemente, deshalb
kondensierte es weniger zu Staub und die Menge Palladium vom Sternenstaub ist in
den untersuchten Meteoriten kleiner", erklärt Mattias Ek. Auch für ein weiteres
Rätsel um den Sternenstaub haben die ETH-Forschenden eine plausible Erklärung.
Auf der Erde hat es vergleichsweise mehr Material von Roten Riesen als auf dem
Mars oder Vesta und anderen Asteroiden weiter draußen im Sonnensystem. Dort hat
sich eher Material angereichert, das von Supernova-Explosionen stammt. "Als die
Planeten entstanden, waren die Temperaturen näher bei der Sonne recht hoch",
erklärt Schönbächler. Deshalb wurden labile Staubkörner, die beispielsweise
einen Eismantel hatten, verdampft.
Vor allem das interstellare Material enthielt solchen Staub, der in
Sonnennähe zerstört wurde, während der Sternenstaub von den Roten Riesen
stabiler war und sich deshalb dort anreicherte. Auch Körner, die von
Supernova-Explosionen stammen, verdampfen wahrscheinlich leichter, da sie etwas
kleiner sind. "Wir können deshalb erklären, warum das Signal von Sternenstaub,
das wir heute im Labor analysieren, hauptsächlich von Roten Riesen stammt und in
der Erde am größten ist", fasst Schönbächler zusammen.
Die Ergebnisse wurden jetzt in der Fachzeitschrift Nature Astronomy veröffentlicht.
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