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Kosmologie: Wo steckt das Eisen von Supernova-Explosionen?

Bisher dachten Astrophysiker, in den Wolken von Supernova-Explosionen bildeten sich feine Eisenkörner. Eine neue Messung legt nahe, dass dieses Bild offenbar nicht stimmt. Damit stellt sich die Frage, wo sich das bei Supernova-Explosionen gebildete Eisen verbirgt.
Der Supernova-Rest RCW 103 beinhaltet einen langsamen PulsarLaden...

Wenn in unserer kosmischen Umgebung Sterne in mächtigen Supernova-Explosionen vergehen, werden dabei auch große Mengen an Eisen freigesetzt. Untersucht man jedoch die Explosionswolken spektroskopisch, so stellt man fest, dass sich dort nur geringere Mengen an Eisen als erwartet nachweisen lassen. Der Ausweg aus diesem Dilemma war bislang, dass das Eisen nach Abkühlung der Explosionswolke zu feinen Partikeln aus Eisenmetall auskondensiert und sich so nicht mehr spektroskopisch nachweisen lässt. Eine japanische Arbeitsgruppe um Yuki Kimura von der Hokkaido University in Sapporo ging nun dieser Frage mittels Experimenten unter Mikrogravitation nach. Die Forscher stellten fest, dass es sehr unwahrscheinlich ist, dass sich in Supernova-Explosionswolken Körnchen aus reinem Eisen bilden.

Eine japanische Höhenforschungsrakete vom Typ S-520Laden...
Japanische Höhenforschungsrakete Typ S-520 | An Bord dieser Höhenforschungsrakete der japanischen Raumfahrtbehörde JAXA wurden Kondensationsexperimente von Eisen aus einer Gasphase unter den Bedingungen der Mikrogravitation durchgeführt.

Die bisherigen Modelle der Kondensation von metallischem Eisen aus der Gasphase gehen davon aus, dass, wenn sich in einer Gaswolke Eisenatome berühren, sie praktisch immer aneinander haften bleiben. Dem widersprechen nun die Ergebnisse, welche die Forscher mit einem Experiment an Bord einer Höhenforschungsrakete der japanischen Raumfahrtbehörde JAXA gewannen. Demnach geschieht dies nur bei jeder hunderttausendsten Kollision, so dass die Bildung größerer Verbände aus Eisenatomen in Gaswolken eher unwahrscheinlich ist. Dennoch ist bekannt, dass vor allem Supernova-Explosionen vom Typ Ia große Mengen an Eisen freisetzen müssen. Solche Supernovae ereignen sich in engen Doppelsternsystemen, in denen sich ein Stern bereits zu einem Weißen Zwerg entwickelt hat. Dieser zieht von seinem Begleiter immer mehr Materie auf sich, bis schließlich die kritische Masse von etwa der 1,4-fachen Masse unserer Sonne überschritten wird. Dann kann die entartete Materie des Weißen Zwergs den Druck- und Temperaturbedingungen nicht mehr standhalten, Kernfusionsreaktionen setzen schlagartig ein, und der ganze Stern explodiert. Dabei verwandelt er sich vollständig in Strahlung und heißes Gas mit hohen Eisengehalten. Aber wo verbirgt sich das Eisen?

Als Ausweg vermuten die Forscher um Kimura, dass sich das Eisen als Verunreinigung auf bereits vorhandene Staubkörner aus Silikaten und Kohlenstoff absetzt und so aus der Gasphase entschwindet. Auf jeden Fall müssen weitere Versuche klären, wie sich das Eisen in der Gasphase von Supernova-Überresten verhält und was sich daraus für Konsequenzen für die Bildung von Sternen und Planeten nachfolgender Generationen ergeben.

03/2017

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum - Die Woche, 03/2017

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