Sternenstaub von Roten Riesen
Ein Teil des Materials, aus dem die Erde entstand, war Sternenstaub von roten Riesensternen. Dies fanden Forschende der ETH Zürich heraus. Sie k?nnen auch erkl?ren, warum die Erde mehr von diesem Sternenstaub enth?lt als der weiter von der Sonne entfernte Planet Mars und die Asteroiden.
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 Staubk?rnchen. ?Sternenstaub, der um andere Sonnen gebildet wurde?, erkl?rt Maria Sch?nb?chler, Professorin am Institut für Geochemie und Petrologie der ETH Zürich.
Diese Staubk?rnchen machten nur wenige Prozente der gesamten Staubmenge aus und waren ungleichm?ssig 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 k?nnen die Forscherinnen und Forscher den Sternenstaub, der bei der Geburt des Sonnensystems vorhanden war, im Labor nachweisen dank hochpr?ziser 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?, sagt Maria Sch?nb?chler: ?Sternenstaub hat ganz extreme und einzigartige Fingerabdrücke und weil er so ungleichm?ssig verteilt war, hat auch jeder Planet und jeder Asteroid bei seiner Entstehung seinen eigenen Fingerabdruck bekommen.?
Palladium in Meteoriten untersucht
Diese sogenannten isotopischen Anomalien konnten Forschende in den letzten zehn Jahren bei der Untersuchung von Erdgestein und Meteoriten bei immer mehr Elementen nachweisen. Maria Sch?nb?chlers Gruppe untersuchte nun Meteoriten, die ursprünglich Teil der Kerne von Asteroiden waren, die vor langer Zeit wieder zerst?rt wurden. Dabei konzentrierte sie sich auf das Element Palladium.
Zuvor hatten andere Teams im Periodensystem benachbarte Elemente wie Molybd?n 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?, sagt Mattias Ek, der unter anderem die Labormessungen an der ETH als Doktorand durchführte und jetzt als Postdoc an der Universit?t Bristol, Grossbritannien, arbeitet.
Mit einem neuen Modell k?nnen die Forschenden diese Resultate erkl?ren, wie sie nun in der Fachzeitschrift ?Nature Astronomy? berichten. Aufgrund seiner Zusammensetzung muss der Sternenstaub haupts?chlich in roten Riesensternen entstanden sein. Dies sind alternde Sterne, die sich ausdehnen, weil ihr Brennstoff im Kern ersch?pft 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 Molybd?n 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?, erkl?rt Mattias Ek.
Auch für ein weiteres R?tsel um den Sternenstaub haben die ETH-Forschenden eine plausible Erkl?rung. 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 n?her bei der Sonne recht hoch?, erkl?rt Maria Sch?nb?chler. Deshalb wurden labile Staubk?rner, die beispielsweise einen Eismantel hatten, verdampft. Vor allem das interstellare Material enthielt solchen Staub, der in Sonnenn?he zerst?rt wurde, w?hrend der Sternenstaub von den Roten Riesen stabiler war und sich deshalb dort anreicherte. Auch K?rner, die von Supernova-Explosionen stammen, verdampfen wahrscheinlich leichter, da sie etwas kleiner sind. ?Wir k?nnen deshalb erkl?ren, warum das Signal von Sternenstaub, das wir heute im Labor analysieren, haupts?chlich von Roten Riesen stammt und in der Erde am gr?ssten ist?, fasst Maria Sch?nb?chler zusammen.
Die Autorin dieses Textes, Barbara Vonarburg, ist verantwortlich für die ?ffentlichkeitsarbeit des Nationalen Forschungsschwerpunkts externe Seite PlanetS.
Literaturhinweis
Ek M, Hunt AC, Lugaro M, Sch?nb?chler M: The origin of s-process isotope heterogeneity in the solar protoplanetary disk, Nature Astronomy (2019), doi: externe Seite 10.1038/s41550-019-0948-z