Überraschende Erkenntnisse über die Elemententstehung

Elemente kosmischen Ursprungs am Grund des Pazifiks liefern neue Einsichten zu Supernova-Explosionen. Ein internationales Forscher-Team, an dem auch Physiker der Technischen Universität München beteiligt waren, untersuchten eine Tiefsee-Mangankruste auf ihren Gehalt an besonders schweren Elementen. Es zeigte sich, dass die Menge deutlich geringer ist als angenommen. Die Wissenschaftler nehmen daher an, dass die gefundenen schweren Elemente nicht von Supernovae stammen können. Diese vom Exzellenzcluster Universe unterstützte Untersuchung wurde nun in "Nature Communications" veröffentlicht. 

Die Lebenszeit von massereichen Sternen endet mit einer Supernova. Dabei explodiert der Stern und leuchtet kurzzeitig so hell wie eine ganze Galaxie. Bei solchen Explosion werden die schwereren chemischen Elemente wie Silber, Zinn oder Iod erzeugt und in den Raum zwischen den Sternen geschleudert. Auf ihrem Weg durch die Milchstraße fängt die Erde Staubpartikel dieser Explosionen ein, die sich schließlich auf den Meeresböden ablagern und dort archiviert werden. Schon vor einiger Zeit hatten Physiker der TU München das langlebige Eisen-Isotop Fe-60 in Tiefsee-Mangankrusten nachgewiesen, von dem man sicher ist, dass es in in Supernovae gebildet wird. Nun hat ein Team von Forschern der Universität Wien, der TU München, der Australian National University, Canberra, und der Hebrew University, Israel, Proben vom Meeresboden auf interstellares Plutonium hin analysiert und dabei wichtige Erkenntnisse für das Verständnis der Entstehung schwerer Elemente entdeckt.

Die Forscher untersuchten Tiefseesedimente aus dem Pazifik, darunter eine 10 Zentimeter dicke Eisen-Mangan-Kruste aus 5.000 Metern Tiefe. Diese über 25 Millionen Jahre alten Ablagerungen enthielten neben Spurenelementen aus dem Ozean auch Elemente des interstellaren Staubs, wie eine Analyse an der Beschleunigeranlage Vera in Wien zeigte. Die Physiker suchten nach einem Isotop von Plutonium, Plutonium-244, das auf der Erde natürlicherweise nicht vorkommt und mit einer Halbwertszeit von 81 Millionen Jahren ein wichtiger Marker für Spuren von Sternexplosionen in der jüngeren Erdgeschichte sein sollte. Supernova-Explosionen produzieren auch Blei, Gold und Quecksilber. Diese Elemente sind jedoch stabil und auf der Erde reichlich vorhanden, so dass sie sich nicht als Erkennungszeichen für den Eintrag kosmischen Staubes eignen.

„Überraschenderweise fanden wir viel weniger Plutonium als erwartet“, erklärt Dr. Thomas Faestermann von der TU München, der mit seinem Kollegen Dr. Gunther Korschinek an dem Projekt maßgeblich beteiligt war. Aufgrund der Häufigkeit von Supernovae hatten die Wissenschaftler mit wesentlich mehr Plutonium-244 in der Meeresprobe gerechnet. Durchschnittlich ereignen sich pro hundert Jahre etwa eine bis zwei Sternexplosionen in unserer Galaxie. Die Proben enthielten aber nur einen sehr kleinen Bruchteil des Plutoniums, das aufgrund der Anzahl an Supernovae zu erwarten war.

Seltene kosmische Explosionen als Lösung?
Die Forscher schließen daraus, dass das Plutonium nicht durch normale Supernovae erzeugt wird. Sie gehen nun davon aus, dass das gefundene Plutonium-244 aus selteneren kosmischen Ereignissen rührt, möglicherweise aus der Verschmelzung von zwei Neutronensternen. Diese ereignen hundert- bis tausendmal seltener, produzieren aber ebenfalls schwere Elemente.

Originalpublikation
A. Wallner et. al.: „Abundance of live 244Pu in deep-sea reservoirs on Earth points to rarity of actinide nucleosynthesis”,
DOI: 10.1038/ncomms6956, Nature Communications 20.01.2015

Weitere Informationen
Pressemitteilung der Universität Wien

Ansprechpartner
Dr. Gunther Korschinek
Technische Universität München
Physik Department E15
James-Franck-Str. 1
85748 Garching
Tel.: 089 289-14257
E-mail: korschin@tum.de

Dr. Thomas Faestermann
Technische Universität München
Physik Department E15
James-Franck-Str. 1
85748 Garching
E-mail: thomas.faestermann@mytum.de

Pressekontakt
Exzellenzcluster Universe
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