Forschung

Staubige Meteoriten

12.06.2019 - Neue Analysen zeigen, dass unser Sonnensystem aus doppelt so viel Supernova-Staub besteht als bisher angenommen.

Für Wissen­schaftler sind Meteoriten wertvolle Zeugen aus der Frühzeit unseres Sonnensystems. Sie bestehen aus den ältesten Bausteinen unseres Planeten­systems, enthalten aber auch Einschlüsse winziger Sternenstaub­körnchen, die älter sind als unsere Sonne. Die häufigste Art von Sternenstaub sind Silikat­körner von wenigen hundert Nanometern Größe. Der in den Meteoriten mitreisende Sternen­staub stammt zum Großteil aus den Resten von Roten Riesen­sternen. Ein kleinerer, aber signi­fikanter Teil des Sternen­staubs stammt aus Supernova-Explo­sionen. 

Wissen­schaftler des Max-Planck-Instituts für Chemie konnten jetzt zeigen, dass der Anteil des Silikat-Sternen­staubs, der aus Supernovae stammt, in den Meteoriten etwa doppelt so hoch ist, als bisher angenommen. Sie schätzen ihn auf 25 bis dreißig Prozent. Daraus leiten sie ab, dass die Staub- und Gaswolke, aus der unser Sonnensystem vor 4,6 Milliarden Jahren entstand, etwa ein Prozent „echten“ Supernova­staub enthielt.

„Wir konnten mit unserer Studie zeigen, dass ein nicht zu vernach­lässigender Anteil der in Meteoriten gefundenen präsolaren Sternenstaub­körnchen, von denen man annahm, dass sie von Roten Riesen­sternen stammen, stattdessen in Supernova-Explosionen entstanden sind“, sagt Physiker Jan Leitner. Der Nachweis gelang den Mainzer Wissens­chaftlern durch die präzise Bestimmung der Sauerstoff- und Magnesium-Isotopenverhältnisse in Silikat-Sternenstaub­körnern. Es zeigte sich, dass die Magnesium-Isotopen­zusammen­setzungen in einigen der untersuchten Silikat-Sternenstaub­körner durch die Nova-Modelle erklärt werden können, nicht jedoch deren Sauerstoff-Isotopen­verhältnisse. Letztere können zwar durch Modelle für Rote Riesensterne erklärt werden, nicht aber die gefundenen Magnesium-Isotopen­zusammen­setzungen. Einzig neuere Supernova-Modelle treffen Aussagen, die sowohl die gemessenen Isotopen­zusammen­setzungen von Magnesium als auch die von Sauerstoff sehr gut erklären.

Die Forscher erklären dieses Phänomen damit, dass die Kernfusions­prozesse, die bei Supernovae, Novae und Roten Riesen ablaufen, jeweils unter anderen Bedingungen stattfinden. Dadurch entsteht für eine Vielzahl von Elementen eine ganz charak­teristische Isotopen­signatur, die in den Silikat-Körnern einen spezifischen Fingerabdruck hinterlässt. Die ursprüng­liche Annahme, dass der weitaus größte Teil des Sternenstaubs aus Roten Riesen stammt, beruht auf Analysen der Verhältnisse der Sauerstoff­isotope in den Silikat­körnern, die sich auf eine ganz charak­teristische Art und Weise von denjenigen unserer Sonne unterscheiden.

Die untersuchten Sternenstaub­körner wurden in verschiedenen Meteoriten entdeckt, die man in der Antarktis und der Sahara fand. Im Rahmen einer vorhergehenden Studie hatten die Max-Planck-Forscher die Sternenstaub­körner anhand ihrer anomalen Sauerstoff-Isotopen­zusammen­setzung identifiziert und daraus die Häufigkeit von Sternenstaub in den Meteoriten bestimmt.

Der Nachweis gelang den Forschern mit Hilfe eines speziellen Massen­spektrometers, der NanoSIMS. Mit diesem Gerät kann man die Isotopen­zusammen­setzung von Materialien auf einer Größenskala von fünfzig bis hundert Nanometern ermitteln. Die präzisen Messungen der Magnesium­isotope wurden erst durch den Einbau einer neuartigen Ionenquelle vor anderthalb Jahren möglich. Zuvor stand nur ein Ionenstrahl zur Verfügung, der größer war als die zu untersuchenden Sternenstaub­körnchen, weswegen die Mess­ergebnisse durch das umgebende Material verfälscht wurden.

MPCh / JOL

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