Schwere Elemente wie Eisen oder Plutonium werden am Lebensende von massereichen Sterne gebildet und über gewaltige Explosionen (Supernovae) ins All befördert. Ein Forschungsteam um den österreichischen Physiker Anton Wallner hat anhand von Proben vom Grund des Pazifiks neue Informationen über solche Ereignisse gesammelt. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass für den Großteil des Plutoniums auf der Erde eher das Verschmelzen von Neutronensternen gesorgt hat.
Für das Entstehen einer Vielzahl von schweren chemischen Elementen, wie Uran oder eben Plutonium, ist der sogenannte r-Prozess verantwortlich. Dabei werden relativ rasch Neutronen von Atomkernen eingefangen, was uns diese Elemente letztlich beschert. Das geschieht allerdings nur unter Extrembedingungen bei einer hohen Dichte an vorhandenen Neutronen und extremen Temperaturen. Ob es dazu zwei Neutronensterne braucht, die in einer sogenannten "Kilonova" verschmelzen, oder ob das auch bei Supernova-Explosionen stattfinden kann, ist noch nicht vollständig geklärt.
Analysen von Bohrkernen aus dem Pazifik
Aufgrund der Tatsache, dass das radioaktive Plutonium langsam zerfällt, können die aktuell auffindbaren Spuren des Metalls nicht seit der Entstehung der Erde vor Milliarden Jahren in der Erdkruste eingelagert sein. Auffindbares Plutonium, das nicht aus menschlichen Aktivitäten stammt, muss demnach aus spektakulären kosmischen Events stammen. Auf die Suche nach den Spuren solcher Novae machten sich der an der Australian National University in Canberra und am Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) tätige Wallner und Kollegen in einer Bohrprobe der Erdkruste unter dem Grund des Pazifiks. Sie analysierten dabei den Gehalt bestimmter Isotope von Eisen und Plutonium in dem über rund zehn Millionen Jahre gebildeten Stück Gestein
Die Forscher interessierten sich in ihrer im Fachjournal "Science" erschienenen Arbeit für das langlebige radioaktive Isotop Eisen-60 (Fe-60), das aus Supernovae stammt. "Der Anteil des Eisen-60 aus dem Weltraum in der Kruste ist nur ein Millionstel eines Milliardstels der Menge des normalen Eisens, das auf der Erde natürlich vorkommt", so Wallner in einer Aussendung des HZDR. Der Nachweis von Fe-60 in Bohrproben aus der Tiefsee ist daher ein klarer Nachweis für eine Supernova in Erdnähe. Die Wissenschafter fanden in den Proben Hinweise auf zwei besondere Häufungen des Eintrags von Fe-60 im Untersuchungszeitraum: Einmal geschah dies vor rund sieben Millionen Jahren und ein weiteres Mal in der Zeitspanne von vier bis einer Million Jahren.
Auch Atome des Isotops Plutonium-244 gefunden
Außerdem fanden sich wenige Atome des Isotops Plutonium-244 (Pu-244), das mit einer sehr langen Halbwertszeit von rund 81 Mio. Jahren zerfällt, und im r-Prozess gebildet wird. "Es ist das erste Mal, dass Spuren seines Vorhandenseins in geologischen Archiven der Erde - wie etwa unserem Krustenmaterial - so deutlich gefunden wurden", so Wallner.
Es zeigte sich aber, dass jeder Eintrag des in Supernovae gebildeten Fe-60 von einem deutlich niedrigerem Auftreten von Pu-244 begleitet war. Es könne sein, dass beide Isotope in denselben Supernovae-Ereignissen gebildet und ausgeworfen wurden. Da die Konzentrationen von Pu-244 allerdings sehr gering sind, erscheint es eher unwahrscheinlich, dass eine Supernova jenes Umfeld ist, in dem der r-Prozess größtenteils abläuft. Die Zusammenballung von Elementen wie Plutonium dürfte, wie auch neuere wissenschaftliche Arbeiten nahelegen, demnach vorrangig in anderen kosmischen Ausnahmesituationen wie beim Verschmelzen von Neutronensternen stattfinden. Um diese Frage aber aufzuklären, brauche es noch weitere Daten, so die Forscher.
Service: https://dx.doi.org/10.1126/science.aax3972
(APA/red, Foto: APA/ESO/M. Kornmesser, CC BY-SA 4.0)
