Sternenstaub von roten Riesen

Vor 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 auch exotische Staub­körnchen. „Sternen­staub, der um andere Sonnen gebildet wurde“, erklärt Maria Schön­bächler von der ETH Zürich. Diese Staub­körnchen machten nur wenige Prozente der gesamten Staub­menge aus und waren ungleich­mäßig in der Scheibe verteilt: Als die Planeten gebildet wurden, bekam jeder seine eigene Mischung.

Noch heute können 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 Isotope. „Die Verteilung dieser Isotope ist wie ein Finger­abdruck“, sagt 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.“

Diese isotopischen Anomalien konnten Forscher in den vergangenen zehn Jahren bei der Unter­suchung von Erdgestein und Meteoriten bei immer mehr Elementen nachweisen. Schön­bächler und ihre Gruppe unter­suchten jetzt Meteoriten, die ursprünglich Teil der Kerne von Asteroiden waren, die vor langer Zeit wieder zerstört wurden. Dabei konzen­trierten 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“, sagt Team-Mitglied Mattias Ek. Doch mit einem neuen Modell können die Forscher diese Resultate erklären: Aufgrund seiner Zusammen­setzung muss der Sternen­staub hauptsächlich in roten Riesen­sternen entstanden sein. Bei diesen Sternen kommt es zu 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 Ek.

Auch für ein weiteres Rätsel um den Sternen­staub hat das Team eine plausible Erklärung. Auf der Erde gibt 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.

ETH Zürich / RK

Weitere Infos:

• Originalveröffentlichung
  M. Ek et al.: The origin of s-​process isotope heterogeneity in the solar protoplanetary disk, Nat. Astron., online 9. Dezember 2019; DOI: 10.1038/s41550-​019-0948-z
• Planetare Geochemie (M. Schönbächler), Institut für Geochemie und Petrologie, Dept. Erdwissenschaften, Eidgenössische Technische Hochschule Zürich, Schweiz