Präsolarer Sternenstaub

Sterne entstehen, wenn sich Wolken aus Gas und Staub aufgrund der Schwerkraft verdichten und aufheizen. Die Sterne leuchten dann Millionen oder gar Milliarden Jahre, ehe sie vergehen und dabei Staub­partikel ins All schleudern. Diese tragen wiederum zur Entstehung neuer Sterne, Planeten, Monde und Meteoriten bei. In einem Meteorit, der vor fünfzig Jahren in Australien nieder­ging, spürte ein inter­natio­nales Forscher­team jetzt Sternen­staub auf, der vor fünf bis sieben Milliarden Jahren entstanden ist. Damit handelt es sich um den ältesten Fest­stoff, der bisher auf der Erde gefunden wurde.

Die von den Wissenschaftlern unter­suchten Materi­alien wurden also vor der Entstehung unserer Sonne gebildet und später, nach ihrer Entstehung, in Meteoriten ein­ge­schlossen. Auf diese Weise wurden sie über Milliarden von Jahren konser­viert – und das macht Meteoriten macht zu Zeit­kapseln, die Auskunft über die Zeit vor der Entstehung unseres Sonnen­systems geben. Die prä­solaren Staub­körner sind aller­dings nur schwer zu finden. Einer­seits sind sie sehr selten: Nur in jedem zwanzigsten Meteoriten, der auf die Erde fällt, sind welche verborgen. Und anderer­seits sind die Körner sind höchstens wenige Mikro­meter groß.

Der Murchison-​Meteorit, der 1969 in Australien, aufschlug, entpuppte sich als wahre Schatz­kiste. Aus ihm konnten Wissen­schaftler an der Uni Chicago bereits vor dreißig Jahren prä­solare Körner isolieren. Diese wurden jetzt genauer auf ihr Alter und ihre Herkunft unter­sucht. Für die Alters­bestim­mung nutzten die Forscher den Umstand, dass der Meteorit auf seiner Reise durchs All kosmischer Strahlung aus­ge­setzt war. Diese inter­agiert mit der Materie und bildet neue Elemente, in dem Fall seltene und daher gut nach­zu­weisende Edel­gase. Je länger der Meteorit der kosmischen Strahlung aus­ge­setzt ist, desto mehr dieser Elemente häufen sich in ihm an. Anhand dieser Spuren­elemente fanden die Forscher heraus, dass einige der isolierten prä­solaren Körner 4,6 bis 4,9 Milliarden Jahre alt sein müssen, einige sogar älter als 5,5 Milliarden Jahre.

Die Körner geben zudem auch Auskunft über die Entstehung und die Entwicklung von Sternen. So folgern die Forscher aus ihren Erkennt­nissen, dass sich vor sieben Milliarden Jahren besonders viele neue Sterne gebildet haben mussten. „Wir zählten mehr junge Körner als erwartet“, erklärt Philipp Heck von der Uni Chicago. Er vermutet deshalb, dass die Mehr­zahl der Körner mit einem Alter von 4,6 bis 4,9 Milliarden Jahren von Sternen stammen, die vor etwa sieben Milliarden Jahren in einer Periode verstärkter Stern­entstehung entstanden und etwa zwei Milliarden Jahre später ihr Ende erreichten. Sterne mit einer solchen Lebens­dauer haben etwa doppelt so viel Masse wie unsere Sonne und produ­zieren daher besonders viel Staub, wenn sie vergehen. Dieser Staub wurde ins All aus­ge­stoßen und dort von der kosmischen Strahlung getroffen. Damit befeuern die Wissen­schaftler eine alte Debatte, ob neue Sterne mit einer konstanten Rate entstehen oder ob die Zahl neu­ge­bildeter Sterne periodisch schwankt. „Dank der Körner haben wir einen direkten Beweis, dass die Neubildung von Sternen vor sieben Milliarden Jahren über­durch­schnitt­lich groß war“, so heck. „Die Entstehungs­rate von Sternen scheint also eher zu schwanken als konstant zu sein.“

Ihre Analysen an den präsolaren Körnern führten die Wissen­schaftler zur Haupt­sache an der ETH Zürich durch. Diese verfügt über ein welt­weit einzig­artiges Mess­gerät, das Massen­spektro­meter „Tom Dooley“. Es wurde spezi­fisch für die Messung von kleinsten Gasmengen konzi­piert und ist das einzige Instru­ment, welches Edel­gase in ein­zelnen prä­solaren Körnern messen kann.

ETH Zürich / RK

Weitere Infos

• Originalveröffentlichung:
  P. Heck et al.: Lifetimes of interstellar dust from cosmic ray exposure ages of presolar silicon carbide. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A., online 13. Januar 2020; DOI: 10.1073/pnas.1904573117
• Institut für Geochemie und Petrologie, Dept. Erdwissenschaften, Eidgenössische Technische Hochschule Zürich, Schweiz
• Chicago Center for Cosmochemistry, Dept. of the Geophysical Sciences, University of Chicago, USA