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Isotopenanalyse Nachweis von Schwefel in den Überresten von Supernovae

Redakteur: Dipl.-Chem. Marc Platthaus

Ein Forscherteam aus Deutschland, Japan und den USA hat in Silziumkarbidproben von Sternenstaub viele schwere Silizium- und wenige leichte Schwefelisotope nachweisen. Schwefelverbindungen sind essenziell für zahlreiche Stoffwechselvorgänge und damit wichtig für die Entstehung von Leben.

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Die elektronenmikroskopische Aufnahme zeigt ein Siliziumkarbid-Korn aus dem Meteoriten Murchison. Das im Durchmesser knapp 1 µm große Teilchen stammt aus einer Supernova, wie Isotopen-Analysen ergeben haben. (Bild: Peter Hoppe/MPI für Chemie)
Die elektronenmikroskopische Aufnahme zeigt ein Siliziumkarbid-Korn aus dem Meteoriten Murchison. Das im Durchmesser knapp 1 µm große Teilchen stammt aus einer Supernova, wie Isotopen-Analysen ergeben haben. (Bild: Peter Hoppe/MPI für Chemie)

Mainz – Forscher verstehen grundlegende chemische Abläufe in Vorläufern unseres Sonnensystems nun ein bisschen besser: Ein internationales Team um Peter Hoppe, Forscher am Max-Planck-Institut für Chemie in Mainz, hat nun mit einer sehr empfindlichen Methode Staubeinschlüsse im 4,6 Milliarden Jahre alten Meteoriten Murchison, der bereits 1969 gefunden worden war, untersucht. Die Sternenstaubkörner stammen aus einer Supernova und sind älter als unser Sonnensystem. Dabei entdeckten die Wissenschaftler chemische Isotope, die darauf hinweisen, dass sich in den Überresten explodierender Sterne Schwefelverbindungen wie Siliziumsulfid gebildet haben. Schwefelmoleküle sind zentral für zahlreiche Prozesse und letztendlich wichtig für die Entstehung von Leben.

Modelle sagten die Bildung von Schwefelmolekülen in den Überresten von explodierenden Sternen – den Supernovae – bereits voraus. Den Nachweis dafür erbrachte jetzt ein Forscherteam aus Deutschland, Japan und den USA mithilfe von Isotopenanalysen von Meteoriten-Sternenstaub.

Sternstaubteilchen mit Isotopen-MS untersucht

Das Team um Peter Hoppe, Astrophysiker am Mainzer Max-Planck-Institut für Chemie, isolierte zunächst tausende, etwa 0,1 bis 1 µm große Siliziumkarbid-Sternenstaubkörnchen aus dem Meteoriten Murchinson, den man bereits 1969 auf der Erde fand. Die Sternenstaubkörner stammen aus einer Supernova und sind älter als unser Sonnensystem. In den Proben bestimmten die Forscher mit einem hochempfindlichen Spektrometer, der so genannten NanoSIMS, die Isotopenverteilung.

Bei fünf Siliziumkarbid-Proben fanden die Astrophysiker eine ungewöhnliche Isotopenverteilung: Sie wiesen viele schwere Silizium- und wenig schwere Schwefelisotope nach, was nicht zu bisherigen Modellen über die Isotopenhäufigkeiten in Sternen passt. Gleichzeitig konnten sie Zerfallsprodukte von radioaktivem Titan nachweisen, welches nur in den innersten Zonen einer Supernova entstanden sein kann. Das wiederum beweist, dass die jetzt analysierten Sternenstaubkörner tatsächlich aus einer Supernova stammen.

Ein Beleg für das Modell von der Chemie in Supernova-Überresten

„Die von uns gefundenen Sternenstaubkörner sind extrem selten. Bezogen auf das gesamte Meteoritenmaterial machen sie nur etwa den 100 Millionstel Teil aus. Dass wir sie gefunden haben, ist großer Zufall – besonders, da wir eigentlich auf der Suche nach Siliziumkarbid-Sternenstaub mit isotopisch leichtem Silizium waren“, sagt Peter Hoppe. „Die Signatur mit isotopisch schwerem Silizium und leichtem Schwefel kann nur dadurch plausibel erklärt werden, dass in den innersten Zonen der Überreste einer Supernova Siliziumsulfid-Moleküle gebildet wurden.“ Anschließend wurden die Sulfid-Moleküle von sich bildenden Siliziumkarbid-Kristallen umschlossen. Diese Kristalle sind dann vor etwa 4,6 Milliarden Jahren in den solaren Urnebel gelangt und wurden in die entstehenden Planeten und Planetoiden eingebaut, von denen auch der Meteorit Murchison stammt.

Mithilfe von Infrarot-Spektren hat man schon Kohlenmonoxid und Siliziumoxid in den Überresten von Supernova-Explosionen nachgewiesen. In Modellen wurde zwar auch die Bildung von Schwefelmolekülen schon vorausgesagt, konnte aber bisher nicht bewiesen werden. Die Messungen am Siliziumkarbid-Sternenstaub bestätigen nun die Vorhersagen, nach denen in den inneren Zonen des Supernova-Auswurfmaterials einige Monate nach der Explosion bei Temperaturen von mehreren 1000 °C Siliziumsulfid-Moleküle entstehen.

Originalveröffentlichung: Peter Hoppe, Wataru Fujiya und Ernst Zinner, Sulfur molecule chemistry in supernova ejecta recorded by silicon carbide stardust, The Astrophysical Journal Letters, published online, 12. Januar 2012

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