Unsere Welt ist voller Chemikalien, die es nicht geben sollte.
Leichtere Elemente wie Kohlenstoff, Sauerstoff und Helium existieren aufgrund intensiver Fusionsenergien, die Protonen in Sternen zusammenpressen. Aber Elemente von Kobalt über Nickel bis Kupfer über Jod und Xenon bis hin zu Uran und Plutonium sind einfach zu schwer, um durch Sternfusion hergestellt zu werden. Selbst der Kern der größten und hellsten Sonne ist nicht heiß und unter Druck genug, um etwas schwerer als Eisen zu machen.
Und doch sind diese Chemikalien im Universum reichlich vorhanden. Etwas macht sie.
Die klassische Geschichte war, dass Supernovae - die Explosionen, die einige Sterne am Ende ihres Lebens auseinander reißen - der Schuldige sind. Diese Explosionen sollten kurzzeitig Energien erreichen, die intensiv genug sind, um die schwereren Elemente zu erzeugen. Die vorherrschende Theorie dafür sind Turbulenzen. Während die Supernova Material in das Universum wirft, gehen die Wellen der Turbulenzen durch die Winde und komprimieren kurz herausgeschossenes Sternmaterial mit genug Kraft, um selbst fusionsresistente Eisenatome in andere Atome zu zerschlagen und schwerere Elemente zu bilden.
Ein neues Modell der Fluiddynamik legt jedoch nahe, dass dies alles falsch ist.
"Um diesen Prozess einzuleiten, brauchen wir einen Energieüberschuss", sagte die Studienleiterin Snezhana Abarzhi, Materialwissenschaftlerin an der University of Western Australia in Perth. "Die Menschen glauben seit vielen Jahren, dass diese Art von Überschuss durch gewalttätige, schnelle Prozesse entstehen könnte, die im Wesentlichen turbulente Prozesse sein könnten", sagte sie gegenüber Live Science.
Aber Abarzhi und ihre Co-Autoren entwickelten ein Modell der Flüssigkeiten in einer Supernova, das darauf hindeutet, dass etwas anderes - etwas Kleineres - vor sich geht. Sie präsentierten ihre Ergebnisse Anfang dieses Monats in Boston auf der März-Sitzung der American Physical Society und veröffentlichten ihre Ergebnisse am 26. November 2018 in der Zeitschrift Proceedings der National Academy of Sciences.
In einer Supernova sprengt Sternmaterial mit hoher Geschwindigkeit vom Kern des Sterns weg. Aber all dieses Material fließt ungefähr mit der gleichen Geschwindigkeit nach außen. Im Verhältnis zueinander bewegen sich die Moleküle in diesem Strom von Sternmaterial also nicht so schnell. Während es gelegentlich zu Welligkeiten oder Wirbeln kommen kann, gibt es nicht genügend Turbulenzen, um Moleküle hinter dem Eisen im Periodensystem zu erzeugen.
Stattdessen stellten Abarzhi und ihr Team fest, dass die Fusion wahrscheinlich an isolierten Hotspots innerhalb der Supernova stattfindet.
Wenn ein Stern explodiert, sei die Explosion nicht perfekt symmetrisch. Der Stern selbst weist im Moment vor einer Explosion Dichteunregelmäßigkeiten auf, und die Kräfte, die ihn auseinander sprengen, sind ebenfalls etwas unregelmäßig.
Diese Unregelmäßigkeiten erzeugen ultradichte, ultrahote Bereiche in der bereits heißen Flüssigkeit des explodierenden Sterns. Anstatt heftige Wellen die gesamte Masse zu erschüttern, konzentrieren sich die Drücke und Energien der Supernova besonders auf kleine Teile der explodierenden Masse. Diese Regionen werden zu kurzen chemischen Fabriken, die mächtiger sind als alles, was in einem typischen Stern existiert.
Und das, schlagen Abarzhi und ihr Team vor, ist der Ursprung aller schweren Elemente im Universum.
Die große Einschränkung hier ist, dass dies ein einzelnes Ergebnis und ein einzelnes Papier ist. Um dorthin zu gelangen, verließen sich die Forscher auf Stift-Papier-Arbeit sowie Computermodelle, sagte Abarzhi. Um diese Ergebnisse zu bestätigen oder zu widerlegen, müssen Astronomen sie mit den tatsächlichen chemischen Signaturen von Supernovae im Universum vergleichen - Gaswolken und andere Reste einer Sternexplosion.
Aber es scheint, als wären Wissenschaftler ein bisschen näher dran zu verstehen, wie viel Material um uns herum, einschließlich in unserem eigenen Körper, hergestellt wird.
