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METEORITEN
Sternenstaub von Roten Riesen
Redaktion / idw / Pressemitteilung der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich
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10. Dezember 2019

Ein Teil des Materials, aus dem die Erde entstand, war Sternenstaub von roten Riesensternen. Dies ist das Ergebnis einer neuen Analyse von Meteoriten. Zudem lässt sich erklären, warum die Erde mehr von diesem Sternenstaub enthält als der weiter von der Sonne entfernte Planet Mars und die Asteroiden. In ihrer Studie konzentriere sich das Team auf das Element Palladium.

Meteorit

Dieser Muonionalusta-​Meteorit ist ein steinerner Zeitzeuge aus den Anfängen unseres Sonnensystems. Foto: Windell Oskay / Flickr (CC BY 2.0)  [Großansicht]

Vor rund 4,5 Milliarden Jahren kollabierte eine interstellare Molekülwolke. In ihrem Zentrum entstand die Sonne und darum herum eine Scheibe aus Gas und Staub, in der die Erde und die übrigen Planeten gebildet wurden. In dem gut durchmischten interstellaren Material befanden sich exotische Staubkörnchen. "Sternenstaub, der um andere Sonnen gebildet wurde", erklärt Maria Schönbächler, Professorin am Institut für Geochemie und Petrologie der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich (ETH Zürich).

Diese Staubkörnchen machten nur wenige Prozente der gesamten Staubmenge aus und waren ungleichmäßig in der Scheibe verteilt. "Der Sternenstaub war wie Salz und Pfeffer", sagt die Geochemikerin, die auch Mitglied des Nationalen Forschungsschwerpunkts PlanetS ist. Als die Planeten gebildet wurden, bekam jeder seine eigene Mischung. Noch heute können die Forscherinnen und Forscher den Sternenstaub, der bei der Geburt des Sonnensystems vorhanden war, im Labor nachweisen dank hochpräziser Messmethoden. Sie untersuchen bestimmte chemische Elemente und messen den Anteil verschiedener sogenannter Isotope. Darunter versteht man verschiedene Atomsorten eines Elements, die zwar im Kern die gleiche Anzahl Protonen aber unterschiedlich viel Neutronen besitzen.

"Die Verteilung dieser Isotope ist wie ein Fingerabdruck", erklärt Schönbächler. "Sternenstaub hat ganz extreme und einzigartige Fingerabdrücke und weil er so ungleichmäßig verteilt war, hat auch jeder Planet und jeder Asteroid bei seiner Entstehung seinen eigenen Fingerabdruck bekommen."

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Diese sogenannten isotopischen Anomalien konnten Forschende in den letzten zehn Jahren bei der Untersuchung von Erdgestein und Meteoriten bei immer mehr Elementen nachweisen. Schönbächlers Gruppe untersuchte nun Meteoriten, die ursprünglich Teil der Kerne von Asteroiden waren, die vor langer Zeit wieder zerstört wurden. Dabei konzentrierte sie sich auf das Element Palladium. Zuvor hatten andere Teams im Periodensystem benachbarte Elemente wie Molybdän und Ruthenium untersucht. Daraus ließ sich eine Voraussage für die Palladium-​Resultate machen. Doch die Messungen widersprachen der Prognose. "Die Meteoriten enthielten viel kleinere Palladium-​Anomalien als erwartet", unterstreicht Mattias Ek, der unter anderem die Labormessungen an der ETH als Doktorand durchführte und jetzt als Postdoc an der Universität Bristol arbeitet.

Mit einem neuen Modell können die Forschenden diese Resultate nun aber erklären: Aufgrund seiner Zusammensetzung muss der Sternenstaub hauptsächlich in roten Riesensternen entstanden sein. Dies sind alternde Sterne, die sich ausdehnen, weil ihr Brennstoff im Kern erschöpft ist. Auch die Sonne wird in vier bis fünf Milliarden Jahren zu einem Roten Riesen werden. Bei diesen Sternen kommt es zu sogenannten langsamen Neutroneneinfang-​Prozessen, bei denen schwerere Elemente wie beispielsweise Molybdän oder Palladium entstehen.

"Palladium ist etwas flüchtiger als die anderen gemessenen Elemente, deshalb kondensierte es weniger zu Staub und die Menge Palladium vom Sternenstaub ist in den untersuchten Meteoriten kleiner", erklärt Mattias Ek. Auch für ein weiteres Rätsel um den Sternenstaub haben die ETH-​Forschenden eine plausible Erklärung. Auf der Erde hat es vergleichsweise mehr Material von Roten Riesen als auf dem Mars oder Vesta und anderen Asteroiden weiter draußen im Sonnensystem. Dort hat sich eher Material angereichert, das von Supernova-​Explosionen stammt. "Als die Planeten entstanden, waren die Temperaturen näher bei der Sonne recht hoch", erklärt Schönbächler. Deshalb wurden labile Staubkörner, die beispielsweise einen Eismantel hatten, verdampft.

Vor allem das interstellare Material enthielt solchen Staub, der in Sonnennähe zerstört wurde, während der Sternenstaub von den Roten Riesen stabiler war und sich deshalb dort anreicherte. Auch Körner, die von Supernova-​Explosionen stammen, verdampfen wahrscheinlich leichter, da sie etwas kleiner sind. "Wir können deshalb erklären, warum das Signal von Sternenstaub, das wir heute im Labor analysieren, hauptsächlich von Roten Riesen stammt und in der Erde am größten ist", fasst Schönbächler zusammen.

Die Ergebnisse wurden jetzt in der Fachzeitschrift Nature Astronomy veröffentlicht.

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siehe auch
Meteoriten: Überraschung aus Chondriten - 28. September 2016
Links im WWW
Eidgenössische Technische Hochschule Zürich
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