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SUPERNOVAE
Neuer Prozess bei Elemententstehung entdeckt
Redaktion / Universität Basel
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4. Mai 2006

Die schweren Elemente im Universum entstehen bei Supernova-Explosionen massereicher Sterne. Bislang ließ sich aber die Häufigkeit von einigen schweren Elementen mit der aktuellen Theorie nur unzureichend erklären. Ein Team von Physikern der Universität Basel hat nun einen neuen Prozess entdeckt, der die Entstehung der Elemente während einer Supernova-Explosion besser beschreiben kann.

Krebs-Nebel

Schwere Elemente entstehen während einer Supernova-Explosion. Der Krebsnebel M1 oder NGC 1952 ist ein Überrest einer solchen Explosion. Foto: NASA, ESA, J. Hester und A. Loll (Arizona State University) [mehr über dieses Bild]

Die heute im Universum vorhandenen chemischen Elemente, die im Periodensystem der Elemente übersichtlich angeordnet sind, kennt man gut. Man hat auch einen recht guten qualitativen Überblick über ihre Entstehung, allerdings bestehen eine Reihe ungelöster Probleme und offener Fragen.

Die drei Elemente Wasserstoff, Helium und Lithium entstanden während des Urknalls. Die Verschmelzung zu schwereren Elementen begann nach der Entstehung der ersten Sterne, etwa 200 Millionen Jahre später, und setzt sich bis heute hin fort. Im Inneren der Sterne wird nämlich durch die Fusion leichterer Elemente zu schwereren Elementen Energie gewonnen.

Das schwerste Element, das durch solche Verschmelzungen entstehen kann, ist Eisen. Alle Elemente die schwerer sind können nicht während des normalen Sternenlebens entstehen. Sie entstehen dam Ende des Lebens eines massereichen Sterns während einer so genannten Supernova-Explosion. Allerdings ließ sich mit diesen seit längeren bekannten Prozessen der Nukleosynthese die Häufigkeit einer Reihe von schweren Atomkernen im Universum nur unzureichend erklären.

Die Physikerin Carla Fröhlich sowie Prof. Matthias Liebendörfer und Prof. Friedrich-Karl Thielemann vom Departement für Physik und Astronomie der Universität Basel haben nun einen Prozess beschrieben, der erstmals eine Erklärung zur Entstehung der Häufigkeiten der Elemente Kupfer und Zink sowie Strontium, Yttrium, Zirkonium, Molybdän und Ruthenium aufzeigt.

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Während der ersten paar Sekunden einer Supernova-Explosionen, so die These der Forscher, komme ein "νp-Prozess" in Gang. Nachdem der Fluss von Neutrinos und Antineutrinos anfänglich ein protonenreiches Gemisch erzeugt, in dem Elemente bis Kupfer und Zink entstehen, reagieren die durch die Explosion freigesetzten Antineutrinos mit Protonen und wandeln sie unter extrem hohen Temperaturen in Neutronen um. Dadurch entsteht eine hohe Neutronendichte, die die Nukleosynthese weiterer schwerer Elemente begünstigt.

Die Arbeit des Basler Teams, die in Kooperation mit der Gesellschaft für Schwerionenforschung Darmstadt, dem amerikanischen Oak Ridge National Laboratory und den Universitäten Arhus, Barcelona und Toronto entstand, wurde im April in der Fachzeitschrift Physical Review Letters veröffentlicht.

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