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Supernova vor 2,5 Millionen Jahren Mit Ultraspurenanalytik auf der Suche nach Sternenexplosionen

| Redakteur: Dipl.-Chem. Marc Platthaus

Sternenexplosionen sind Ereignisse, deren Resultate man noch nach Millionen Jahren nachweisen kann. Wissenschaftler der TU München haben nun Spuren einer Supernova vor 2,5 Millionen Jahren entdeckt. Geholfen hat ihnen dabei die Massenspektrometrie, mit der sie die Isotope Eisen-60 und Mangan-53 auf der Erde gefunden haben.

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Die Sternexplosion SN 1987A in der Großen Magellanschen Wolke war eine der hellsten Supernovae seit mehr als 400 Jahren.
Die Sternexplosion SN 1987A in der Großen Magellanschen Wolke war eine der hellsten Supernovae seit mehr als 400 Jahren.
(Bild: ESO)

München – Das Leben von Sternen mit einer Masse, die mehr als zehn Mal größer ist als die unserer Sonne, endet in einer Supernova, einer gewaltigen Sternenexplosion. Bei dieser Explosion bilden sich unter anderen Eisen, Mangan und weitere schwere Elemente.

Ein Forschungsteam angeführt von Physikern der TU München hat nun in etwa zweieinhalb Millionen Jahre alten Schichten von Mangankrusten neben Eisen-60 nun auch Mangan-53 nachgewiesen.

„Man könnte die erhöhten Konzentrationen von Mangan-53 auch als „smoking Gun“ bezeichnen, den endgültigen Beweis dafür, dass diese Supernova tatsächlich stattgefunden hat“, sagt Erstautor Dr. Gunther Korschinek.

Während eine sehr nahe Supernova das Leben auf der Erde massiv schädigen könnte, war diese jedoch weit genug entfernt. Sie verursachte nur eine mehrere tausend Jahre andauernde Erhöhung der kosmischen Strahlung. „Allerdings kann diese zu verstärkter Wolkenbildung führen“, sagt Mitautor Dr. Thomas Faestermann. „Vielleicht ist es kein Zufall, dass vor 2,6 Millionen Jahren das Pleistozän begann, die Periode der Eiszeiten.“

Mangan-53 aus kosmischen Staub

Typischerweise kommt Mangan auf der Erde als Mangan-55 vor. Mangan-53 dagegen stammt normalerweise aus kosmischem Staub, wie er im Sonnensystem beispielsweise im Asteroidengürtel vorkommt. Kontinuierlich schlägt sich dieser Staub auf der Erde nieder; nur selten sehen wir ein größeres Staubkorn als Meteoriten leuchten. In Mangankrusten und Sedimentproben vom Meeresboden, wird die Verteilung der Elemente Jahr für Jahr durch neue Schichten vor Veränderungen bewahrt. Mithilfe der Beschleuniger-Massenspektrometrie gelang es dem Autorenteam nun, in Schichten, die sich vor etwa zweieinhalb Millionen Jahren abgelagert haben, neben dem Eisen-60 als auch einen Anstieg des Mangan-53 zu detektieren.

Diese Mangankruste begann vor etwa 20 Millionen Jahren zu wachsen. Schicht um Schicht wuchs sie, bis sie vor einigen Jahren geborgen und im Labor analysiert wurde. In Schichten, die etwa 2,5 Millionen Jahre alt sind, fanden die Forscher Eisen-60 und erhöhte Konzentrationen von Mangan-53. Deren Vorkommen ist der Beweis fuer eine erdnahe Supernova vor 2,5 Mio. Jahren.
Diese Mangankruste begann vor etwa 20 Millionen Jahren zu wachsen. Schicht um Schicht wuchs sie, bis sie vor einigen Jahren geborgen und im Labor analysiert wurde. In Schichten, die etwa 2,5 Millionen Jahre alt sind, fanden die Forscher Eisen-60 und erhöhte Konzentrationen von Mangan-53. Deren Vorkommen ist der Beweis fuer eine erdnahe Supernova vor 2,5 Mio. Jahren.
(Bild: Dominik Koll / TUM)

„Das ist detektivische Ultraspurenanalyse“, sagt Korschinek. „Es handelt sich hier nur noch um wenige Atome. Aber die Beschleuniger-Massenspektrometrie ist so empfindlich, dass wir aus unseren Messungen sogar berechnen können, dass der explodierte Stern etwa 11 bis 25 mal so groß wie die Sonne gewesen sein muss.“ Auch die Halbwertszeit von Mangan-53 ließ sich durch Vergleich mit anderen Nukliden und dem Alter der Proben bestimmen. Sie liegt bei 3,7 Millionen Jahren. Dazu gab es weltweit bisher nur eine einzige Messung.

Originalpublikation: G. Korschinek, T. Faestermann, M. Poutivtsev, A. Arazi, K. Knie, G. Rugel, and A. Wallner: Supernova-Produced 53Mn on Earth. Physical Review Letters, 125, 031101, July 17, 2020

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