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News: Kosmische Alchemie

In unserem Sonnensystem ist die Menge von schweren Elementen zu hoch. Ob Gold oder Silber, Blei oder Uran, so gigantisch die Explosionen von Sternen auch sind, sie reichen für die Bilanz der Elemente hoher Ordnungszahlen nicht aus. Doch mit einer Supernova ist das Ende eines Sterns noch nicht erreicht, schließlich können auch ihre verdichteten Kerne, die Neutronensterne, untereinander kollidieren.
Supernovae sind die chemischen Fabriken des Universums. Sie produzieren all die Elemente, aus denen alles ist. Bei der Bilanzierung dieser Prozesse fiel allerdings auf, dass es auf der Erde - in unserem Sonnensystem überhaupt - überdurchschnittlich große Mengen schwerer Elemente gibt, die von den gigantischen Sternexplosionen schlichtweg nicht produziert werden konnten. Doch nun ist mit der Supernova ja noch nicht das Ende erreicht. Nach der Explosion eines Sterns mit rund achtfacher Sonnenmasse, nach der Erschöpfung aller nutzbaren Kernenergie und nach der hochgradigen Kompression der Sternmaterie bleibt der verdichtete Kern zurück: der Neutronenstern.

In Neutronensternen ist mehr Masse gebunden als in unserer Sonne, doch sind sie kaum größer als eine Stadt. Ihre Dichte kann mehr als eine Milliarde Tonnen pro Kubikzentimeter betragen - ein Kubikzentimeter irdischen Granits wiegt nicht einmal 2,7 Gramm! Die Dichte des komprimierten Sternkerns liegt somit über der von Atomkernen – deshalb können freie Elektronen in die Atomkerne eindringen, dort mit den Protonen reagieren und sie in Neutronen umwandeln.

Besteht ein Doppelsternsystem aus zwei ähnlich massereichen Sternen, so können nach deren Explosion ebenfalls zwei Neutronensterne entstehen, die einander umkreisen. In unserer Galaxie, der Milchstraße, sind Astronomen bisher auf insgesamt vier solcher Neutronenstern-Paare gestoßen. Und Melvyn Davis von der Astronomy Group der University of Leicester vermutet, dass hier des Rätsels Lösung liegen könnte, dass diese Konstellation zur Bildung großer Mengen von Gold, Platin und anderen schweren Elementen führen kann.

Und dazu muss es zu einer gigantischen Katastrophe kommen. Beide superdichten Neutronensterne müssen sich so nahe kommen, dass sie durch die Anziehungskräfte buchstäblich zerreißen. Innerhalb einiger Millisekunden überstrahlen sie dann das ganze Universum. Ungeheure Energien werden freigesetzt und das Ende ist vermutlich ein schwarzes Loch. Die ausströmenden Gase und Aschen sind so heiß, dass neu gebildete Protonen in die Kerne leichterer Elemente einzudringen vermögen, die so zu schweren werden.

Auch Davis und seine Kollegen waren keine Augenzeugen, sie ließen ihre These vielmehr von dem Hochleistungsrechner der UK Astrophysical Fluids Facility überprüfen. Er sollte die letzten Augenblicke zweier Neutronensterne simulieren - und benötigte dazu mehrere Wochen. Das Ergebnis ist dafür überaus schlüssig. Der Anteil schwerer Elemente, die seit Bestehen des Universums auf diese Weise entstanden sind, entspricht ganz genau der Verteilung, wie wir sie aus unserem fast fünf Milliarden Jahre alten Sonnensystem kennen. "Das ist ein unglaublich aufregendes Ergebnis", freut sich Stephan Rosswog, einer der Mitarbeiter, von der Theoretical Astro-, Nuclear-, and Particlephysics Group der Universität Basel. "Stellen Sie sich vor, das Gold Ihres Eherings entstand irgendwo in der Ferne durch den Zusammenstoß von Sternen."

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  • Quellen
RAS National Astronomy Meeting 2001 (NAM 2001), Cambridge, 2.-6.4.2001

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