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.
