SUPERNOVAE
Mehr als ein Viertel des Sternenstaubs stammt von Supernova-Explosionen
Redaktion / Pressemitteilung des Max-Planck-Instituts für Chemie
astronews.com
3. August 2022

Mehr als ein Viertel des Sternenstaubs im Sonnensystem stammt offenbar aus Supernova-Explosionen und deren Vorläufer-Sternen. Zu diesem Ergebnis kommt eine jetzt vorgestellte Studie von präsolaren Körnern, die dank besserer Analysemethoden und neuer Modellrechnungen entstand. Zuvor war man von einem sehr viel geringeren Anteil ausgegangen. 

Nachkolorierte Aufnahme des Supernova-Überrests Cassiopeia A - eine Supernova, die im 17. Jahrhundert explodierte. Staub aus einer ähnlichen Supernova, die vor Milliarden Jahren explodierte, ist auch in unserem Sonnensystem nachweisbar und zwar in größeren Mengen als bisher angenommen. Bild: NASA / JPL-Caltech / STScI / CXC / SAO  [Großansicht]

Bis vor Kurzem gingen Kosmochemie und Astrophysik davon aus, dass Supernovae und ihre Vorläufer, die Überriesen-Sterne, nur wenig zum Sternenstaubgehalt unseres Sonnensystems beigetragen haben. Neuere Untersuchungen deuten aber darauf hin, dass ein erheblicher Teil des Sternenstaubs (mehr als 25 Prozent) im Sonnensystem aus Supernova-Explosionen und deren Vorläufersternen stammt. Damit lassen sich Zusammensetzung und Ursprung der Bausteine unseres Sonnensystems besser verstehen.

Die vorherigen Annahmen zum Ursprung des Staubs waren noch sehr unsicher. Die chemischen Elemente von Kohlenstoff bis Uran entstehen ausschließlich in Sternen in der sogenannten stellaren Nukleosynthese. Am Lebensende eines Sterns werden sie als Wind oder in einer gewaltigen Explosion (Supernovae) an den umgebenden Raum, das sogenannte interstellare Medium, abgegeben. Ein großer Teil der nicht-flüchtigen Elemente kondensiert dabei zu Sternenstaub, der aber im interstellaren Medium später zum Teil wieder zerstört wird. Der überdauernde Teil der Körnchen wurde vor ca. 4,6 Milliarden Jahren auch in die planetaren Körper unseres Sonnensystems eingebaut.

Da diese Körner bereits vor der Bildung unseres Sonnensystems existierten, werden sie "präsolare Körner" genannt. Sie weisen für unser Sonnensystem untypische, also anomale, Isotopenmuster auf. Aufgrund dieser charakteristischen Isotopenhäufigkeitsanomalien können sie in Meteoriten und Kometenmaterial aufgespürt werden. Präsolare Körner bieten die einzigartige Möglichkeit, die Prozesse der stellaren Nukleosynthese sehr detailliert im Labor zu studieren und die Sterntypen zu identifizieren, die Staub zum Sonnensystem beigetragen haben. Dies liefert einen wichtigen Beitrag zum besseren Verständnis des Ursprungs der chemischen Elemente und der Entstehung unseres Sonnensystems.

In der jetzt erschienenen Studie werden die jüngsten Erkenntnisse aus Untersuchungen dieser präsolaren Körner vorgestellt und die Auswirkungen auf zukünftige Forschungen, interstellare Staubmodelle und die Interpretation astronomischer Beobachtungen von Staub im Auswurfmaterial von Supernova-Explosionen diskutiert. Möglich wurden die neuen Erkenntnisse dank verbesserter Analysemethoden mit der NanoSIMS-Ionensonde an Sternenstaub sowie neuer Modellrechnungen. Mithilfe der NanoSIMS-Ionensonde wird im Submikrometerbereich die Verteilung der Häufigkeit bestimmter Isotope gemessen. Dazu wird die Probe mit einem fokussierten Ionenstrahl abgerastert und die dabei aus der Probe herausgeschlagenen Teilchen massenspektrometrisch analysiert.

"Das Wissen, dass ein weitaus größerer Teil des Sternenstaubs aus Supernova-Explosionen stammt, liefert der Forschung wichtige neue Parameter für Computermodelle über die Entwicklung des Staubs im interstellaren Medium", erklärt Peter Hoppe, Gruppenleiter in der Abteilung Partikelchemie des Max-Planck-Institut für Chemie. "Dies gilt insbesondere, wenn man das Überleben von frisch produziertem Supernova-Staub und altem, interstellaren Staub beim Durchgang von Supernova-Schockwellen beschreibt."

Letzteres sei von Interesse, da der Staub eine wichtige Rolle als Katalysator für chemische Reaktionen in interstellaren Molekülwolken spiele und als Baustein für die Entstehung neuer Planeten in protoplanetaren Scheiben in jungen Sternsystemen gelte. Die Prozesse, die zur Vermischung von Sternenstaub im lokalen interstellaren Medium über ausgedehnte räumliche und zeitliche Skalen geführt haben, seien noch nicht ausreichend erforscht und sollten in zukünftigen Entwicklungsmodellen genauer untersucht werden, fasst der Astrophysiker zusammen.

Über ihre Ergebnisse berichtete das Team in der Fachzeitschrift Nature Astronomy.