Sternexplosionen produzieren Argon und Phosphor

Beim Urknall sind lediglich Wasserstoff und Helium entstanden, sowie eine geringe Menge Lithium. Alle anderen, schwereren Elemente haben sich erst durch Kernfusion im Inneren von Sternen und bei der Explosion massereicher Sterne gebildet. Theoretische Modelle der Nukleosynthese liefern im Großen und Ganzen Ergebnisse, die in guter Übereinstimmung mit den gemessenen Elementhäufigkeiten im Kosmos sind. Doch nicht für alle Elemente konnten die theoretischen Vorstellungen bereits durch Beobachtungen bestätigt werden.

Ein Beispiel ist Phosphor. Der Theorie zufolge soll dieses Element in Sternen mit mehr als der achtfachen Sonnenmasse durch den Neutroneneinfang von Silizium in der neonbrennenden Schale entstehen, sowie während der Supernova-Explosion dieser Sterne. In den Überresten von Kernkollaps-Supernovae sollte sich daher ein deutlich höherer Anteil an Phosphor finden als im durchschnittlichen interstellaren Medium.

Bon-Chul Koo von der Seoul National University in Korea und seinen Kollegen gelang es nun, mit dem TripleSpec-Spektrographen am Hale-Teleskop des Palomar Observatory, mit hoher Genauigkeit den relativen Anteil von Phosphor im Supernova-Überrest Cassiopeia A zu messen. Das Ergebnis: Das Verhältnis von Phosphor-33 zu Eisen-56, dem wichtigsten Endprodukt der stellaren Nukleosynthese, ist in Cassiopeia A 100-mal höher als im Mittel in der Milchstraße. „Das bestätigt, dass Phosphor durch Supernovae produziert wird“, so das Forscherteam. „Das beobachtete Verhältnis ist in Übereinstimmung mit den Vorhersagen der Modelle für die Supernova-Nukleosynthese.“

Ein weiteres Beispiel ist das Edelgas Argon. Auf der Erde kommt hauptsächlich das Isotop Argon-40 vor, das durch den radioaktiven Zerfall von Kalium entsteht. Das auf der Erde seltene, leichtere Isotop Argon-36 entsteht dagegen, so die Theorie, wiederum bei der Explosion massereicher Sterne. Mike Barlow vom University College London und seinen Kollegen gelang es, mit dem Fourier Transform Spectrometer an Bord des – inzwischen außer Betrieb gegangenen - Infrarot-Weltraumteleskops Herschel Argon-36 im Krebsnebel nachzuweisen. Der Krebsnebel ist der Überrest einer Supernova, die im Jahr 1054 am irdischen Himmel aufleuchtete. Die Theorie sagt voraus, dass bei der explosiven Kernfusion beim Kollaps eines massereichen Sterns viel Argon-36, aber kein Argon-40 entsteht – und das ist exakt, was Barlow und sein Team gefunden haben.

Zu ihrer Überraschung stießen sie allerdings nicht auf reines Argon, sondern auf Argonhydrid-Ionen ArH+. „Argon ist ein Edelgas – wir haben nicht erwartet, dass es Moleküle bildet, erst recht nicht in einer derart unwirtlichen Umgebung“, so Barlow. Es handelt sich um die erste Entdeckung eines Edelgas-Moleküls im Weltall überhaupt. Möglicherweise ist es gerade diese besondere Umgebung eines Supernova-Überrests, die die Entstehung des Moleküls fördert. Die Forscher vermuten, dass die Synchrotronstrahlung des Neutronensterns im Zentrum des Krebsnebels das Argon ionisiert und dadurch die Bindung an Wasserstoff-Atome erleichtert.

Rainer Kayser

CT