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METEORITEN
Die Frühgeschichte von Stern-Diamanten

Redaktion
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9. August 2001

In der heutigen Ausgabe des Wissenschaftsmagazins Nature berichten Wissenschaftler des Karpov-Instituts für Physikalische Chemie in Moskau und des Max-Planck-Instituts für Chemie in Mainz über neue Erkenntnisse zur Frühgeschichte von Diamanten, die Älter sind als unser Sonnensystem. Besonders interessant ist die Frage, bei welchem Ereignis sie wohl entstanden sind.


Präsolares Diamantkorn unter dem Elektronenmikroskop. Foto: Max-Planck-Institut für Chemie, Mainz

Ein herausragendes Ergebnis der modernen Meteoritenforschung ist die Erkenntnis, dass viele der primitiveren Meteorite Sternenstaub enthalten, also Staubkörner präsolaren Ursprungs, die älter sind als das Sonnensystem. Geboren aus der Asche sterbender Sterne, haben diese Körner alle nachfolgenden Ereignisse im interstellaren Raum und Sonnensystem unbeschadet überstanden. Die Zusammensetzung ihrer Elemente ist Zeugnis der nuklearen Prozesse in Sternen, der so genannten Nukleosynthese, durch die neue Elemente entstehen. Umgekehrt kann unser Verständnis der Nukleosynthese Hinweise auf die stellaren Quellen der jeweiligen Körner geben. Aufbauend auf früheren Analysen von "Sternenstaub-Diamanten" haben jetzt Wissenschaftler des Karpov-Instituts für Physikalische Chemie und des Max-Planck-Instituts für Chemie Simulationsexperimente durchgeführt, bei denen terrestrische Diamanten mit Edelgas-Ionen beschossen wurden. Die Untersuchung der so behandelten Diamanten ermöglicht Rückschlüsse auf Ereignisse in der Frühgeschichte der "Stern-Diamanten"

Sternenstaub, wie er bis jetzt in Meteoriten identifiziert wurde, besteht aus sehr stabilen Mineralen wie etwas Diamant oder Graphit. Obwohl die Diamanten zuerst entdeckt wurden und am häufigsten vorkommen, ist von ihnen bislang am wenigsten bekannt. Der Hinweis, dass sie präsolaren Ursprungs sind, beruht allein auf der isotopischen Zusammensetzung einiger in den Diamanten enthaltener Spurenelemente, insbesondere Spuren von Edelgasen wie Xenon. In der Tat ist es vor allem die ungewöhnliche isotopische Zusammensetzung des Xenons die eine Verbindung zu Supernova-Explosionen andeutet.

Da liegt es also nahe, die Prozesse zu erforschen, die dazu führen können, das Fremdatome wie Xenon in die Diamanten eingelagert werden. Hierzu gibt es deutliche, jedoch bisher nur indirekte Hinweise, dass dies durch Beschuss mit Ionen geschah. Um diese Hypothese zu testen, führten deutsche und russische Wissenschaftler ein Simulationsexperiment durch: irdische Nanodiamanten von ähnlicher Größe wie die präsolaren (nur wenige Nanometer, siehe Foto) wurden mit einer Edelgasmischung bestehend aus Helium-, Argon-, Krypton- und Xenon-Ionen einer Energie von 700 Elektronenvolt bestrahlt. Anschließend wurde untersucht, bei welchen Temperaturen die Edelgase wieder freigesetzt wurden. Zum einen zeigte sich, dass die Ionen unter den gegebenen Bedingungen tatsächlich in die Nanodiamanten implantiert wurden. Überraschend jedoch war, dass die Freisetzung in zwei deutlich unterschiedlichen Temperaturbereichen  verlief: für einen Teil der Edelgase erfolgte sie bei Temperaturen von 200 bis 700 Grad Celsius, für einen weiteren Teil oberhalb von 1000 Grad Celsius.

Basierend auf den Ergebnissen ihrer Experimente entwerfen die Forscher für den Ursprung der Diamanten das folgende Szenario:
Die Diamanten bilden sich wahrscheinlich durch Kondensation und werden zumindest teilweise mit Supernova-Spurenelementen bestrahlt. Der weniger temperaturbeständige Teil des implantierten Supernova-Materials geht anschließend wieder verloren. Zu einem späteren Zeitpunkt wird der Diamant noch einmal mit Spurenelementen bestrahlt, die schon bei niedrigeren Temperaturen wieder frei werden würden (zum Beispiel im interstellaren Raum oder im frühen Sonnensystem). Später sollten die Diamanten für längere Zeit keinen hohen Temperaturen ausgesetzt sein. Wichtig ist nach Angaben der Wissenschaftler vor allem eines: Der fest gebundene Teil der implantierten Edelgase stammt aus zwei unterschiedlichen Zeiträumen. Sollte dies auch im Fall der Sternenstaub-Diamanten so sein, bedürfen die bisher aus den Messdaten abgeleiteten Häufigkeiten und Zusammensetzungen der Supernova-Implantate einer entsprechenden Korrektur. Wie bedeutend die Änderungen sind und ob sie von Bedeutung für das Verständnis der daraus abgeleiteten nuklearen Prozesse sind, ist derzeit noch offen.

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