Wie Edelmetall entsteht

Kosmische Goldschmiede

Astronomen haben den kosmischen Ursprung von Edelmetallen wie Gold oder Platin enträtselt. Als „Goldschmiede“ fungiert offenbar eine Klasse besonders exotischer Himmelskörper.

Wie alle Kostbarkeiten unserer Erde ist auch Gold ein Produkt der Sternentwicklung.

Quelle: ap

Düsseldorf Wer den Ursprung unserer Erde mit all ihren belebten und unbelebten Kostbarkeiten zurückverfolgt, kommt irgendwann unweigerlich im Inneren eines massereichen Sterns an. So wie unsere Sonne ständig Wasserstoff zu Helium fusioniert und dabei Energie freisetzt, „erbrüten“ massereichere Sterne in ihrem Inneren alle schwereren Elemente bis hin zum Eisen.

Noch schwerere Atomkerne können so allerdings nicht erzeugt werden, weil weiterer Energiegewinn in Fusionsreaktionen nicht möglich ist. Astronomen haben deshalb lange gerätselt, wo schwerere Elemente wie Gold oder Platin, aber auch Thorium oder Plutonium entstehen. Jetzt sind Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Astrophysik (MPI) in Garching sowie der Freien Universität Brüssel dem Ursprungsort der kosmischen Kostbarkeiten auf die Spur gekommen. In aufwendigen Computersimulationen konnten sie nachweisen, dass das Edelmetall bei Kollisionen zwischen zwei sogenannten Neutronensternen „geschmiedet“ wird.

Neutronensterne bilden das Endstadium ausgebrannter Riesensonnen und gehören wegen ihrer extrem kompakten „Bauart“ zu den Exoten im Universum. Ein typischer Neutronenstern hat etwa eineinhalb Mal so viel Masse wie unsere Sonne, aber nur einen Durchmesser von 20-30 Kilometern – eine Winzigkeit verglichen mit den knapp 1,4 Millionen Kilometern, die unser Zentralgestirn als Durchmesser aufweisen kann.

Für Astronomen besonders interessant sind die seltenen Fälle, in denen zwei Neutronensterne in einem Doppelsystem umeinander kreisen. Irgendwann nach Millionen Jahren kommen sich beide Partner eines solchen Systems unweigerlich so nahe, dass sie zusammenstoßen und miteinander verschmelzen – ein extrem energiereiches Phänomen, zu dem es in unserer Milchstraße nur etwa alle 100.000 Jahre einmal kommt. Durch die enormen Gezeiten- und Druckkräfte im Moment der Kollision stoßen die beiden Sterne dabei innerhalb weniger tausendstel Sekunden einige Jupitermassen an extrem heißer Materie aus.

Neutronensterne gehören zu den Exoten im Universum: Auf engstem Raum vereinigen sie mehr Masse als unsere Sonne.

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In ihren Computersimulationen berechneten die Wissenschaftler um MPI-Forscher Hans-Thomas Janka die Kernreaktionen von über 5000 Atomkernarten in der ausgeschleuderten Materie. Diese Daten kombinierten sie mit Simulationen des kosmischen Zusammenstoßes selbst und kamen so zu Ergebnissen, die sehr gut mit der in unserem Sonnensystem beobachteten Häufigkeitsverteilung der schwersten Elemente übereinstimmt.

„Die schweren Elemente werden in verschiedenen Reaktionsketten mehrfach `recycelt'“, erläutert Stephane Goriely von der Freien Universität Brüssel, der nukleare Astrophysiker des Teams. „Dadurch hängt die endgültige Häufigkeitsverteilung der entstandenen Elemente nur wenig von den Ausgangsbedingungen des Modells ab.“

Dies passt gut zu einer schon früher formulierten These, wonach nur die Reaktionseigenschaften der beteiligten Atomkerne ausschlaggebend für die produzierte Elementverteilung sein sollten, nicht etwa die Ausgangsbedingungen des Systems wie zum Beispiel die Masse der beteiligten Neutronensterne. Nur so lässt sich verstehen, warum in allen untersuchten Sternen wie auch im Sonnensystem nahezu identische relative Häufigkeiten der schweren Elemente beobachtet werden.

Nun hoffen die Forscher, ihre bislang nur theoretischen Vorhersagen auch durch astronomische Beobachtungen bestätigen zu können. Die bei der Sternkollision ausgeschleuderte Materie sollte nämlich durch radioaktive Zerfallsprozesse derart stark aufgeheizt werden, dass sie für wenige Tage so hell aufleuchtet wie eine stellare Explosion, eine Supernova – ein Vorgang, der mit Teleskopen gut zu beobachten sein müsste. Astronomen suchen bereits fieberhaft nach solchen Ereignissen.