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Interstellarer Staub im Saturnsystem
Redaktion
/ idw / Pressemitteilung der Universität Heidelberg
astronews.com
18. April 2016
Unter den unzähligen Staubpartikeln, die die Saturnsonde
Cassini im Verlauf ihrer Mission mit dem Cosmic Dust Analyser
untersucht hat, befanden sich auch 36 Partikel, die offenbar nicht aus unserem
Sonnensystem stammen. Sie wiesen eine überraschend einheitliche Zusammensetzung
auf und enthielten praktisch alle Elemente, die es im Kosmos gibt.
Die Saturnsonde Cassini hat unter den
Millionen von Staubteilchen auch Partikel
aufgespürt, die von außerhalb des Sonnensystems
stammen. Bild:
NASA/JPL-Caltech [Großansicht] |
Ein in Heidelberg konstruierter Staubdetektor auf der Raumsonde Cassini
– der Cosmic Dust Analyser (CDA) – hat mehrere extrem kleine und sehr
seltene Partikel interstellaren Staubs aus dem Raum außerhalb unseres
Sonnensystems identifiziert und deren chemische Zusammensetzung gemessen. Dabei
hat sich zur Überraschung der Forscher gezeigt, dass die unterschiedlichen
Staubteilchen sehr ähnlich zusammengesetzt sind und den gesamten Elementmix des
Kosmos in sich versammeln.
Die Experten vermuten daher, dass der Staub in der "Hexenküche" des Weltraums
fortlaufend zerstört, neugebildet und damit in seiner Zusammensetzung
angeglichen wird. An den Untersuchungen eines internationalen Forscherteams
waren Wissenschaftler des Instituts für Geowissenschaften und des Klaus-Tschira-Labors
für Kosmochemie der Universität Heidelberg maßgeblich beteiligt.
"Interstellarer Staub, dessen einzelne Teilchen nur etwa 200 Nanometer groß
und sehr schwer zu finden sind, ist gewissermaßen eine der letzten Bastionen des
Unbekannten im Weltraum", erklärt der Heidelberger Geowissenschaftler Prof. Dr.
Mario Trieloff. Der Staub ist dabei Teil der interstellaren Materie, die neben
schweren Elementen im Wesentlichen aus Wasserstoffgas und Helium besteht und aus
der durch Verdichtungsprozesse Sterne und Planeten entstehen können. Diese
Teilchen bildeten auch das Rohmaterial für die schweren Elemente, die das
Haupt-Baumaterial der Erde und anderer terrestrischer Planeten waren.
Für Untersuchungen des interstellaren Staubs ist die Wissenschaft bisher
darauf angewiesen, dass Teilchen davon in unser Sonnensystem gelangen. Die
Raumsonde Stardust konnte bereits Partikel des sehr schwachen Stroms
einfangen, der durch unser Sonnensystem zieht. "Diese Teilchen waren allerdings
ungewöhnlich groß. Daher sind die Untersuchungsergebnisse daraus möglicherweise
nicht repräsentativ", erläutert Trieloff.
Dagegen konnte Cassini unter Millionen planetarer Staubpartikel 36
Partikel interstellaren Staubs identifizieren. Zudem ist der CDA in der Lage,
diese mit Hilfe von Massenspektrometrie direkt vor Ort zu untersuchen, was
deutlich präzisere Ergebnisse als bisher ermöglicht. Nach Angaben von Dr. Frank
Postberg, Heisenberg-Stipendiat am Institut für Geowissenschaften, konnten mit
dem CDA zum ersten Mal massenspektrometrische Messungen an "einer statistisch
bedeutsamen Menge solcher Staubpartikel" durchgeführt werden.
Dies war nur möglich, nachdem in Heidelberg mit Hilfe aufwendiger
Versuchsreihen Labormodelle des Staubdetektors kalibriert wurden. Dazu musste
sogenannter Silikatstaub im Labor auf bis zu 40 Kilometer pro Sekunde
beschleunigt werden, was in etwa der Geschwindigkeit interstellaren Staubs
entspricht. "Das Ergebnis der Messungen war sehr überraschend", berichtet
Postberg. "Die 36 Partikel interstellaren Ursprungs, die in ihrer
Zusammensetzung sehr ähnlich sind, enthalten eine Mischung der wichtigen
gesteinsbildenden Elemente Magnesium, Eisen, Silicium und Calcium in
durchschnittlichen kosmischen Häufigkeiten. Obwohl ein Staubteilchen weniger als
ein Billionstel Gramm Masse besitzt, ist darin mit Ausnahme sehr flüchtiger Gase
der gesamte Elementmix des Kosmos versammelt. Solche Teilchen lassen sich in
unserem Sonnensystem nicht finden."
Die meisten Wissenschaftler hätten verschieden zusammengesetzte
Staubpopulationen erwartet, die den verschiedenen Entstehungsprozessen in
Atmosphären sterbender Sterne entsprechen. Sie finden sich auch im Sternenstaub
in Meteoriten, der in seiner Isotopenzusammensetzung höchst individuell ist.
"Unsere Daten erzählen aber eine völlig andere Geschichte", betont Postberg.
Nach Einschätzung der Wissenschaftler hat der Staub seine Individualität
verloren, weil er in der "Hexenküche" des Weltraums homogenisiert wurde. Dort
befinden sich riesige, Millionen Grad heiße Blasen von Supernova-Explosionen.
Deren Ränder bestehen aus Stoßfronten, die mit Hunderten Kilometern pro Sekunde
expandieren, wie ESA-Wissenschaftler Dr. Nicolas Altobelli erläutert. Nach
seinen Worten haben theoretische Überlegungen bereits nahegelegt, dass
interstellarer Staub diese energiereiche Umgebung nur ein paar hundert Millionen
Jahre überleben kann und es nur einigen "Lucky Survivors" gelingt, als intakter
Sternenstaub in sich neu bildende Planetensysteme zu gelangen.
Die aktuellen Untersuchungsergebnisse bestätigten nun, dass die meisten
Partikel zerstört und in kühlen und dichten Regionen des Weltalls – den
Molekülwolken – wieder neu gebildet werden. Von dort aus bringen interstellare
Winde diese Teilchen als homogenisierten Staub in unser Sonnensystem.
Über ihre Untersuchungen berichten die Wissenschaftler in einem Fachartikel,
der in der Zeitschrift Science erschienen ist.
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