Mehr Supernova-Staub im Sonnensystem

Bis vor Kurzem gingen Wissen­schaftler davon aus, dass Supernovae und ihre Vorläufer, die Über­riesen-Sterne, nur wenig zum Sternen­staub­gehalt unseres Sonnen­systems beigetragen haben. Neuere Unter­suchungen deuten aber darauf hin, dass ein erheblicher Teil des Sternenstaubs im Sonnensystem aus Supernova-Explosionen und deren Vorläufer­sternen stammt. Damit lassen sich Zusammen­setzung und Ursprung der Bausteine unseres Sonnensystems besser verstehen. Die vorherigen Annahmen zum Ursprung des Staubs waren noch sehr unsicher.

Die Elemente von Kohlenstoff bis Uran entstehen ausschließlich in Sternen in der stellaren Nukleo­synthese. Am Lebensende eines Sterns werden sie als Wind oder in einer gewaltigen Explosion an das inter­stellare Medium abgegeben. Ein großer Teil der nicht flüchtigen Elemente kondensiert dabei zu Sternenstaub, der aber im inter­stellaren Medium später zum Teil wieder zerstört wird. Der über­dauernde Teil der Körnchen wurde vor etwa 4,6 Milliarden Jahren auch in die planetaren Körper unseres Sonnensystems eingebaut. Da diese Körner bereits vor der Bildung unseres Sonnensystems existierten, werden sie „präsolare Körner“ genannt. Sie weisen für unser Sonnensystem anomale Isotopen­muster auf.

Aufgrund dieser charakte­ris­tischen Isotopen­häufigkeits­anomalien können sie in Meteoriten und Kometen­material aufgespürt werden. Präsolare Körner bieten die einzig­artige Möglichkeit, die Prozesse der stellaren Nukleo­synthese sehr detailliert im Labor zu studieren und die Sterntypen zu identi­fi­zieren, die Staub zum Sonnensystem beigetragen haben. Dies liefert einen wichtigen Beitrag zum besseren Verständnis des Ursprungs der chemischen Elemente und der Entstehung unseres Sonnensystems.

Möglich wurden die neuen Erkenntnisse mithilfe verbesserter Analyse­methoden mit der NanoSIMS-Ionensonde an Sternenstaub sowie neuer Modell­rechnungen. Mithilfe der NanoSIMS-Ionensonde wird im Submikro­meter­bereich die Verteilung der Häufigkeit bestimmter Isotope gemessen. Dazu wird die Probe mit einem fokussierten Ionenstrahl abgerastert und die dabei aus der Probe heraus­ge­schlagenen Teilchen massen­spektro­metrisch analysiert.

„Das Wissen, dass ein weitaus größerer Teil des Sternenstaubs aus Supernova-Explosionen stammt, liefert der Forschung wichtige neue Parameter für Computer­modelle über die Entwicklung des Staubs im inter­stellaren Medium“, erläutert Peter Hoppe vom MPI für Chemie. „Das gilt insbesondere, wenn man das Überleben von frisch produziertem Supernova-Staub und altem, inter­stellaren Staub beim Durchgang von Supernova-Stoß­wellen beschreibt.“

Letzteres sei von Interesse, da der Staub eine wichtige Rolle als Katalysator für chemische Reaktionen in inter­stellaren Molekül­wolken spiele und als Baustein für die Entstehung neuer Planeten in proto­planetaren Scheiben in jungen Sternsystemen gelte. Die Prozesse, die zur Vermischung von Sternenstaub im lokalen inter­stellaren Medium über ausgedehnte räumliche und zeitliche Skalen geführt haben, seien noch nicht ausreichend erforscht und sollten in zukünftigen Entwick­lungs­modellen genauer untersucht werden, fasst der Astro­physiker zusammen.

MPIC / RK

Weitere Infos

• Originalveröffentlichung
  P. Hoppe et al.: Dust from Supernovae and their Progenitors in the Solar Nebula, Nat. Astron., online 1. August 2022; DOI: 10.1038/s41550-022-01737-5
• Nano- und Mikropartikelforschung (P. Hoppe), Abt. Partikelchemie, Max-Planck-Institut für Chemie, Mainz

Weitere Beiträge

• R. Diehl, Physik Journal, Radioaktiver Fingerabdruck, Juni 2016, S. 18 PDF