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NUKLEOSYNTHESE
Der Elemententstehung auf der Spur
Redaktion / Pressemitteilung der Technischen Universität Darmstadt
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30. März 2016

Die schweren Elemente im All dürften allen bei extrem energiereichen Prozessen entstanden sein. Die besten Kandidaten sind die Explosion eines Sterns in einer Supernova und die Kollision zweier Neutronensterne. Experimentell lassen sich diese Theorien aber bislang nicht belegen. Jetzt glauben Physiker bei der Untersuchung der Elemententstehung einen wichtigen Schritt vorangekommen zu sein.

Supernova

Viele schwere Elemente könnten in Supernova-Explosionen entstehen.  Bild: ESO / M. Kornmesser  [Großansicht]

Die schweren Elemente in unserem Sonnensystem – wie zum Beispiel Gold und Uran – entstanden durch eine komplexe Verkettung von Kernreaktionen und Kernzerfällen, die unter dem Begriff "rapider Neutroneneinfangsprozess" (r-Prozess) bekannt sind. Dieser Mechanismus benötigt extrem hohe Neutronendichten sowie kurzlebige, sogenannte exotische Isotope, die in derzeit existierenden Beschleunigeranlagen nicht erzeugt werden können.

Momentan stammen die einzigen Informationen über diese Bedingungen aus theoretischen Modellen, welche auf extreme Extrapolationen zu Bereichen in der Nuklidkarte angewiesen sind, für die es keine experimentellen Daten gibt. Die beiden favorisierten astrophysikalischen Szenarien für den r-Prozess sind katastrophale Kernkollaps-Supernova-Explosionen und die Verschmelzung von Neutronensternen.

Eine Kollaboration von zwei nuklearen Astrophysikern der Technischen Universität Darmstadt und zwei Kernphysikern der Michigan State University hat jetzt herausgefunden, dass die Eigenschaften der Kernwechselwirkung Einfluss darauf haben, wie die schwersten Elemente in unserem Universum entstehen.

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In einer jetzt vorgestellten Studie gelang es ihnen, die Herstellung der Elemente im r-Prozess mithilfe von verschiedenen Modellen für die Kernwechselwirkung vorauszusagen. Sie bestimmen dabei erstmals systematische Unsicherheiten für vorhergesagte Häufigkeitsverteilungen, die direkt mit der Massenmodellierung zusammenhängen, für realistische astrophysikalische Szenarien.

Das Ergebnis dieses Untersuchung, so die Hoffnung der Forscher, wird in Zukunft nützlich sein, um Regionen in der Nuklidkarte zu identifizieren, die kritisch für die Entstehung der schweren Elemente sind. Die beiden gerade im Bau befindlichen Beschleunigeranlagen FAIR (Facility for Antiproton and Ion Research) in Darmstadt und FRIB (Facility for Rare Isotope Beams) in Michigan werden auf diesem Gebiet weltführend sein und wichtige Messungen zur Überprüfung dieser Vorhersagen durchführen.

Damit ist es zwar noch immer nicht möglich, zu bestimmen, ob beispielsweise das Gold im Schmuck oder das Dysprosium im Motor eines Elektrofahrzeugs aus kollidierenden Neutronensternen oder einer Supernova-Explosion stammt, doch hoffen die Forscher, dass sie dem Verständnis des astrophysikalischen Ursprungs der schweren Elemente damit ein wichtiges Stück näher gekommen sind.

Über ihre Arbeit berichten die Forscher jetzt in einem Fachartikel, der in der Zeitschrift Physical Review Letters erschienen ist.

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siehe auch
Nukleosynthese: Cadmiumisotope in der Falle - 14. Dezember 2015
Simulationen: Entstehung schwerer Elemente im Computer - 10. Dezember 2015
Links im WWW
Preprint des Fachartikels bei arXiv.org
Technische Universität Darmstadt
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