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WEISSE ZWERGE
Erstmals Krypton und Xenon nachgewiesen
Redaktion / idw / Pressemitteilung der Universität Tübingen
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2. Juli 2012

Alle schweren Elemente entstehen, so die Theorie der Astronomen, im Inneren von Sternen oder in Supernova-Explosionen. Stimmt diese These, müsste man also auch Sterne finden, in denen sich eine erhöhte Konzentration dieser schweren Elemente nachweisen lässt. Tübinger Astronomen ist dies jetzt bei einem Weißen Zwergstern für die Elemente Krypton und Xenon gelungen.

FUSE

Der NASA-Satellit FUSE war bis 2007 aktiv. Bild: NASA

Krypton (Kr) und Xenon (Xe) gehören zu den seltensten chemischen Elementen auf der Erde. Ende des 19. Jahrhunderts entdeckt, werden sie heute als Füllgas für Gasentladungslampen (wie etwa Autoscheinwerfer) benutzt. Wie alle anderen Elemente wurden sie vor Milliarden von Jahren in Sternen vergangener Generationen erzeugt: Astronomen vermuten nämlich, dass die eine Hälfte der schwereren Elemente bei Supernova-Explosionen massereicher Sterne entstand, die andere Hälfte in Sternen mittlerer Masse wie unserer Sonne. Der direkte Beweis für diese Ursprünge fehlte jedoch in vielen Fällen bislang.

Im Falle von Krypton und Xenon gelang der spektroskopische Nachweis bisher weder bei der Sonne noch bei anderen Sternen. Zumindest konnte Krypton aber im interstellaren Gas nachgewiesen werden, die Häufigkeit ist in etwa identisch mit derjenigen, die man für die Sonne und andere Sterne annimmt. Fände man nun einen Stern mit deutlich höherer Krypton- und Xenon-Häufigkeit, wäre dies der Beweis, dass beide Elemente in diesem erzeugt wurden.

Wissenschaftlern der Universität Tübingen ist genau dies gelungen: Sie konnten erstmals Krypton und Xenon in einem Weißen Zwerg nachweisen. Prof. Dr. Klaus Werner, Dr. Thomas Rauch und Ellen Ringat vom Institut für Astronomie und Astrophysik der Universität Tübingen untersuchten zusammen mit Dr. Jeffrey W. Kruk von der NASA, den ausgebrannten Stern RE 0503-289 mit Hilfe von Daten des Far Ultraviolet Spectroscopic Explorer (FUSE). In dem Ultraviolettspektrum des Sterns stießen sie dabei auf die typischen Absorptionslinien dieser Elemente.

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Die Elemente Krypton und Xenon kommen danach in dem Weißen Zwergstern hundert- bzw. tausendfach überhäufig vor - für die Wissenschaftler ein klarer Hinweis, dass sie in dem Stern erzeugt wurden. Weiße Zwerge stellen das Endstadium der Entwicklung von Sternen mittlerer Masse dar. Die Astronomen konnten also eine der beiden theoretisch vorhergesagten Produktionsstätten dieser Edelgase bestätigten.

Insgesamt sind etwa 10.000 Weiße Zwerge bekannt. Der untersuchte Stern RE 0503-289 geriet in den Fokus der Astronomen, weil er zu einer seltenen Unterklasse von Weißen Zwergen gehört, in denen jede Spur von Wasserstoff fehlt, dem üblicherweise häufigsten Element in Sternen. Die Wissenschaftler nehmen an, dass die beobachteten Überhäufigkeiten von Krypton und Xenon durch Erzeugung dieser Elemente im Stern selbst, in früheren Entwicklungsstadien, entstanden sind.

Man weiß zwar, dass an den Oberflächen Weißer Zwerge Elemente angereichert werden können, indem sie aus tiefen Regionen durch Strahlungsdruck "aufgetrieben" werden. Dieser Prozess kann bei diesem Weißen Zwerg aber nicht für die Überhäufigkeit der genannten Elemente verantwortlich sein, da er wegen seiner extremen Temperatur ‒ RE 0503-289 ist zehnmal heißer als die Sonne ‒ durch einen starken Sternwind unterdrückt wird.

Neben Krypton und Xenon wurden bei RE 0503-289 auch die schweren Elemente Gallium und Molybdän (Ordnungszahlen 31 und 42) erstmals nachgewiesen. Weiterhin zeigt RE 0503-289 die schweren Elemente Germanium (Ordnungszahl 32), Arsen (33), Selen (34), Zinn (50), Tellur (52) und Jod (53) auf, diese wurden allerdings schon vorher in Weißen Zwergen gefunden. Dennoch ist RE 0503-289 der erste weiße Zwerg, in dem eine Vielfalt von insgesamt zehn schweren Elementen gefunden wurde.

Entsprechende Häufigkeitsanalysen stehen noch aus, die Wissenschaftler gehen aber davon aus, dass alle Elemente überwiegend in dem Stern selbst erzeugt wurden. Ihre Ergebnisse stellten die Wissenschaftler jetzt in der Fachzeitschrift The Astrophysical Journal Letters vor.

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siehe auch
FUSE: Heißester Weißer Zwerg entdeckt - 12. Dezember 2008
FUSE: Missionsende nach über acht Jahren - 9. Oktober 2007
Sterne: Das Geheimnis der wasserstofflosen Zwerge - 11. September 2007
Elemententstehung: Fluor in massearmen Stern entdeckt - 28. April 2005
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