Wir alle haben dies gehört: Wenn Sie ein Glas Wasser trinken, hat dieses Wasser bereits eine Reihe von Verdauungstrakten anderer Menschen durchlaufen. Vielleicht Attila der Hunne oder Vlad der Pfähler; vielleicht sogar ein Tyrannosaurus Rex.
Das Gleiche gilt für Sterne und Materie. Alle Materie, die wir hier auf der Erde um uns herum sehen, sogar unser eigener Körper, hat mindestens einen Zyklus von Geburt und Tod von Sternen durchlaufen, vielleicht sogar mehr. Aber welche Art von Stern?
Das wollte ein Forscherteam der ETH Zürich (Ecole polytechnique federale de Zurich) wissen.
Die Geschichte unseres Sonnensystems begann vor etwa 4,5 Milliarden Jahren, als eine Molekülwolke zusammenbrach. In der Mitte dieser zusammengebrochenen Wolke erwachte die Sonne in einem Schmelzstoß zum Leben, und um sie herum bildete sich eine Scheibe aus Gas und Staub. Schließlich bildeten sich alle Planeten in unserem Sonnensystem aus dieser protoplanetaren Scheibe.
In dieser Materialscheibe befanden sich Staubkörner, die sich um bestimmte andere Sterne gebildet hatten. Diese Spezialkörner waren laut Maria Schönbächler, Professorin am Institut für Geochemie und Petrologie der ETH Zürich, „wie Salz und Pfeffer“ ungleichmäßig auf der Scheibe verteilt. Als sich die Planeten des Sonnensystems bildeten, enthielt jeder seine eigene Mischung aus Gas und Staub und diesen speziellen Körnern.
Fortschritte in den Messtechniken ermöglichen es Wissenschaftlern, das Material zu erkennen, aus dem die Planeten gebildet wurden, und seinen Ursprung zu bestimmen. Es kommt alles auf Isotope an. Ein Isotop ist ein Atom eines bestimmten Elements mit der gleichen Anzahl von Protonen in seinem Kern, aber einer anderen Anzahl von Neutronen. Zum Beispiel gibt es verschiedene Isotope von Kohlenstoff wie C13 und C14. Während alle Kohlenstoffisotope 6 Protonen haben, hat C13 7 Neutronen, während C14 8 Neutronen hat.
Die Mischung verschiedener Isotope auf einem Planeten - nicht nur aus Kohlenstoff, sondern auch aus anderen Elementen - ist wie ein Fingerabdruck. Und dieser Fingerabdruck kann Wissenschaftlern viel über die Herkunft eines Körpers erzählen.
"Sternenstaub hat wirklich extreme, einzigartige Fingerabdrücke - und weil er ungleichmäßig über die protoplanetare Scheibe verteilt war, hat jeder Planet und jeder Asteroid bei seiner Entstehung seinen eigenen Fingerabdruck erhalten", sagte Schönböchler in einer Pressemitteilung.
Im Laufe der Jahre haben Wissenschaftler diese Fingerabdrücke auf der Erde und in Meteoriten untersucht. Vergleiche zwischen den beiden zeigen, wie lange tote rote Riesensterne zur Bildung der Erde und allem darauf beigetragen haben. Einschließlich uns.
Wissenschaftler konnten diese Isotopenanomalien zwischen der Erde und Meteoriten für immer mehr Elemente vergleichen. Schönböchler und die anderen Wissenschaftler, die hinter einer neuen Studie stehen, haben Meteoriten untersucht, die Teil des Kerns der vor langer Zeit zerstörten Asteroiden waren. Sie haben sich auf das Element Palladium konzentriert.
Frühere Studien anderer Wissenschaftler haben Isotopenverhältnisse für andere Elemente wie Ruthenium und Molybdän untersucht, die die Nachbarn von Palladium im Periodensystem sind. Diese früheren Ergebnisse ermöglichten es Schönböchlers Team, vorherzusagen, was sie bei der Suche nach Palladiumisotopen finden würden.
Sie erwarteten ähnliche Mengen Palladium, bekamen aber eine Überraschung.
„Die Meteoriten enthielten weitaus kleinere Palladiumanomalien als erwartet“, sagt Mattias Ek, Postdoc an der Universität Bristol, der die Isotopenmessungen während seiner Doktorarbeit an der ETH durchführte.
In ihrer Arbeit präsentiert das Team ein neues Modell, um diese Ergebnisse zu erklären. Das Papier trägt den Titel „Der Ursprung vons-Prozess-Isotopen-Heterogenität in der solaren protoplanetaren Scheibe. “ Es wurde am 9. Dezember 2019 in der Zeitschrift Nature Astronomy veröffentlicht. Der Hauptautor ist Mattias Ek.
Ihr Modell zeigt, dass, obwohl alles in unserem Sonnensystem aus Sternenstaub erschaffen wurde, eine Art von Stern am meisten zur Erde beitrug: rote Riesen oder asymptotische Riesenaststerne (AGB). Dies sind Sterne im gleichen Massenbereich wie unsere Sonne, die sich zu roten Riesen ausdehnen, wenn sie ihren Wasserstoff verbrauchen. Unsere eigene Sonne wird in etwa 4 oder 5 Milliarden Jahren eine davon werden.
Als Teil ihres Endzustands synthetisieren diese Sterne Elemente im sogenannten S-Prozess. Der S-Prozess oder langsame Neutroneneinfangprozess erzeugt Elemente wie Palladium und seine Nachbarn im Periodensystem, Ruthenium und Molybdän. Interessanterweise erzeugt der S-Prozess diese Elemente mit Samen von Eisenkernen, die selbst in früheren Sterngenerationen in Supernovae erzeugt wurden.
„Palladium ist etwas flüchtiger als die anderen gemessenen Elemente. Infolgedessen kondensierte weniger davon um diese Sterne herum zu Staub, und daher enthalten die von uns untersuchten Meteoriten weniger Palladium aus Sternenstaub “, sagt Ek.
Es gibt eine größere Menge an Material von roten Riesen in der Zusammensetzung der Erde als auf dem Mars oder in Asteroiden wie Vesta weiter draußen in unserem Sonnensystem. Die äußere Region enthält mehr Material aus Supernovae. Das Team sagt, dass sie erklären können, warum das so ist.
„Als sich die Planeten bildeten, waren die Temperaturen näher an der Sonne sehr hoch“, erklärt Schönbächler. Einige der Staubkörner waren instabiler als andere, einschließlich solcher mit eisigen Krusten. Dieser Typ wurde im inneren Sonnensystem nahe der Sonne zerstört. Aber Sternenstaub von roten Riesen war stabiler und widerstand der Zerstörung, so dass er sich näher an der Sonne konzentriert. Die Autoren sagen, dass Staub von Supernova-Explosionen auch dazu neigt, schneller zu verdunsten, da er kleiner ist. Es gibt also weniger davon im inneren Sonnensystem und auf der Erde.
„Dadurch können wir erklären, warum die Erde im Vergleich zu anderen Körpern im Sonnensystem die größte Anreicherung von Sternenstaub durch rote Riesensterne aufweist“, sagt Schönbächler.
Mehr:
- Pressemitteilung: Sternenstaub von roten Riesen
- Forschungsbericht: Der Ursprung vons-Prozessisotopenheterogenität in der solaren protoplanetaren Scheibe
- Space Magazine: Neue Studie beleuchtet die Entstehung von Erde und Mars
