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Eisen aus Supernovae

Außerirdisches Isotop im antarktischen Schnee

| Autor / Redakteur: Lisa Pietrzyk* / Christian Lüttmann

Wissenschaftler beim Schaufeln von Schnee (Symbolbild)
Wissenschaftler beim Schaufeln von Schnee (Symbolbild) (Bild: Alfred-Wegener-Institut/ Martin Leonhardt)

Im Weltall explodieren immer wieder Sterne. Auf der Erde bekommt man von diesen Supernovae normalerweise nichts mit, außer man sucht gezielt nach den Zeichen. So haben Forscher der Technischen Universität München und des Helmholtz-Zentrums Dresden-Rossendorf nun in der Antarktis Supernova-Spuren nachgewiesen. Ihr Fund kann die Basis für neue Erkenntnisse zur Umgebung unseres Sonnensystems sein.

München, Dresden – Mehrere Tausend bis Zehntausend Tonnen kosmischer Staub rieseln jährlich auf die Erde. Die meisten der winzigen Teilchen stammen von Asteroiden oder Kometen unseres Sonnensystems. Ein kleiner Teil kommt allerdings von fernen Sternen. Für das darin befindliche Eisen-Isotop 60Fe gibt es keine natürlichen irdischen Quellen, es entsteht ausschließlich bei Supernova-Explosionen oder Reaktionen der kosmischen Strahlung mit dem kosmischen Staub.

Fünf Atome aus 500 Kilo Schnee

Den ersten Nachweis für 60Fe auf der Erde erbrachte ein Forscherteam der Technischen Universität München (TUM), darunter der Physiker Dr. Gunther Korschinek, vor 20 Jahren in Tiefseeablagerungen. Korschinek vermutete auch im reinen, unberührten antarktischen Schnee Spuren von Sternenexplosionen. Damit sich diese Annahme überprüfen lässt, sammelte Dr. Sepp Kipfstuhl vom Alfred-Wegener-Institut an der Kohnen-Station, einer Containersiedlung in der Antarktis, 500 Kilogramm Schnee und ließ diesen zur Untersuchung nach München transportieren.

Dort schmolz ein Team der TUM den Schnee und trennte das Schneewasser mit feinen Filtern von den festen Bestandteilen. Diese wurden am Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) mit verschiedenen chemischen Methoden bearbeitet, sodass das für die spätere Analyse benötigte Eisen im Milligrammbereich vorlag und die Proben zurück nach München gebracht werden konnten.

Im Beschleunigerlabor in Garching bei München fanden Korschinek und dessen Masterand Dominik Koll aus dem Fachbereich Kern-, Teilchen- und Astrophysik der TUM fünf 60Fe-Atome in den Proben. „Nach unseren Untersuchungen konnten wir ausschließen, dass das 60Fe von kosmischer Strahlung, Atomwaffentests oder Reaktorunfällen herrührt“, sagt Koll. „Da es keine natürlichen Quellen für dieses radioaktive Isotop auf der Erde gibt, war uns klar, dass das 60Fe aus einer Supernova stammen muss.“

Sternenstaub aus heißer Gaswolke?

Das Forscherteam konnte relativ genau festlegen, wann das 60Fe auf die Erde gerieselt ist: Die untersuchte Schneeschicht war nicht älter als 20 Jahre. Auch schien das gefundene Eisen-Isotop nicht von besonders weit entfernten Sternenexplosionen zu kommen, da sich der 60Fe-Staub in dem Fall zu stark im Universum verdünnt hätte. Von der Erde selbst konnte das gefundene Isotop auch nicht stammen. Denn selbst wenn bei der Entstehung der Erde vor 4,6 Milliarden Jahren 60Fe vorhanden gewesen ist, so wäre es aufgrund seiner Halbwertszeit von 2,6 Millionen Jahren bis heute vollständig zerfallen.

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Koll geht daher davon aus, dass das 60Fe im antarktischen Schnee aus der interstellaren Nachbarschaft stammt – etwa aus einer Ansammlung von heißen Gaswolken, in denen sich unser Sonnensystem derzeit befindet. „Unser Sonnensystem ist vor etwa 40.000 Jahren in eine dieser Wolken, die auch Lokale Flocke genannt wird, eingetreten und wird sie in einigen Tausend Jahren wieder verlassen“, sagt Korschinek. Das in der Antarktis gefundene Isotop könnte also aus den Sternenüberresten dieser Wolke stammen.

„Sollte die Gaswolken-Hypothese stimmen, würde Material aus Eisbohrkernen, das älter als 40.000 Jahre ist, kein interstellares 60Fe enthalten“, ergänzt Koll. Tatsächlich verfügt das AWI bereits über solche alten Eisproben. „Damit könnten wir den Übergang des Sonnensystems in die Gaswolke nachweisen – das wäre eine wegweisende Erkenntnis für Forscherinnen und Forscher, die sich mit der Umgebung des Sonnensystems beschäftigen.“

Originalpublikation: D. Koll, G. Korschinek, T. Faestermann, J. M. Gómez-Guzmán, S. Kipfstuhl, S. Merchel, J. M. Welch: Interstellar 60Fe in Antarctica, Physical Review Letters 123, 072701. August 2019; DOI: 10.1103/PhysRevLett.123.072701

* L. Pietrzyk, Technische Universität München , 80333 München

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