Wir alle haben dies gehört: Wenn Sie ein Glas Wasser trinken, ist dieses Wasser bereits durch die Verdauungstrakte anderer Menschen gegangen. Vielleicht Attila dem Hunnen oder Vlad dem Pfähler; vielleicht sogar ein Tyrannosaurus Rex.
Das gleiche gilt für Sterne und Materie. Alle Materie, die wir hier auf der Erde um uns herum sehen, sogar unsere eigenen Körper, hat mindestens einen Zyklus von Sternengeburt und -tod, vielleicht mehr, durchlaufen. Aber welche Art von Stern?
Das ist es, was ein Forscherteam von ETH Zurich (Ecole polytechnique föderale de Zürich) wollte es wissen.
Die Geschichte unseres Sonnensystems begann vor etwa 4,5 Milliarden Jahren, als eine Molekülwolke kollabierte. Im Zentrum dieser kollabierten Wolke erwachte die Sonne in einem Fusionsschub zum Leben, und um sie herum bildete sich eine Scheibe aus Gas und Staub. Schließlich bildeten sich alle Planeten unseres Sonnensystems aus dieser protoplanetaren Scheibe.
Innerhalb dieser Materialscheibe befanden sich Staubkörner, die sich um bestimmte andere Sterne herum gebildet hatten. Diese speziellen Körner seien ungleichmäßig über die Scheibe verteilt, «wie Salz und Pfeffer», sagt Maria Schönbächler, Professorin am Institut für Geochemie und Petrologie der ETH Zürich. Als sich die Planeten des Sonnensystems bildeten, enthielt jeder seine eigene Mischung aus Gas und Staub und diesen speziellen Körnern.
Eine Illustration einer protoplanetaren Scheibe. Planeten verschmelzen aus der verbleibenden Molekülwolke, aus der sich der Stern gebildet hat. Innerhalb dieser Akkretionsscheibe lagen die grundlegenden Elemente, die für die Planetenbildung und potentielles Leben notwendig sind. Bildnachweis: NASA/JPL-Caltech/T. Pyle (SSC) – Februar 2005
Fortschritte in der Messtechnik ermöglichen es Wissenschaftlern, das Material, aus dem die Planeten gebildet wurden, zu erkennen und ihren Ursprung zu bestimmen. Es kommt alles auf Isotope an. Ein Isotop ist ein Atom eines gegebenen Elements mit der gleichen Anzahl von Protonen in seinem Kern, aber einer anderen Anzahl von Neutronen. Zum Beispiel gibt es verschiedene Kohlenstoffisotope, wie C13 und C14. Während alle Kohlenstoffisotope 6 Protonen haben, hat C13 7 Neutronen und C14 8 Neutronen.
Die Mischung verschiedener Isotope auf einem Planeten – nicht nur aus Kohlenstoff, sondern auch aus anderen Elementen – ist wie ein Fingerabdruck. Und dieser Fingerabdruck kann Wissenschaftlern viel über die Herkunft eines Körpers sagen.
„Stardust hat wirklich extreme, einzigartige Fingerabdrücke – und weil er ungleichmäßig über die protoplanetare Scheibe verteilt war, bekam jeder Planet und jeder Asteroid bei seiner Entstehung seinen eigenen Fingerabdruck“, sagte Schönböchler in a Pressemitteilung .
Im Laufe der Jahre haben Wissenschaftler diese Fingerabdrücke auf der Erde und in Meteoriten untersucht. Vergleiche zwischen den beiden zeigen, wie lange tote Rote-Riesen-Sterne Materie zur Bildung der Erde und allem darauf beigetragen haben. Einschließlich uns.
Dies sind Abschnitte von Meteoriten, die vom Asteroiden Vesta stammen, aber auf der Erde geborgen wurden. Wissenschaftler wissen, dass Vesta dank der NASA-Mission Dawn der Mutterkörper vieler Meteoriten ist. Bildnachweis: NASA/Universität Tennessee.
Wissenschaftler konnten diese isotopischen Anomalien zwischen der Erde und Meteoriten für immer mehr Elemente vergleichen. Schönböchler und die anderen Wissenschaftler hinter einer neuen Studie untersuchen Meteoriten, die Teil des Kerns von vor langer Zeit zerstörten Asteroiden waren. Sie haben sich auf das Element Palladium konzentriert.
Frühere Studien anderer Wissenschaftler haben Isotopenverhältnisse für andere Elemente wie Ruthenium und Molybdän untersucht, die die Nachbarn von Palladium im Periodensystem sind. Diese früheren Ergebnisse ermöglichten es dem Team von Schönböchler, vorherzusagen, was sie bei der Suche nach Palladiumisotopen finden würden.
Sie erwarteten ähnliche Mengen an Palladium, erlebten aber eine Überraschung.
Palladium (Atom # 46) und seine Nachbarn Molybdän (Mo) und Ruthenium (44). Bildnachweis: Von Offnfopt – Eigene Arbeit, Public Domain, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=62296883
„Die Meteoriten enthielten weitaus kleinere Palladium-Anomalien als erwartet“, sagt Mattias Ek, Postdoc an der University of Bristol, der die Isotopenmessungen während seiner Doktorarbeit an der ETH durchführte.
In ihrem Papier stellt das Team ein neues Modell vor, um diese Ergebnisse zu erklären. Das Papier trägt den Titel „Der Ursprung vonS-Isotopenheterogenität in der solaren protoplanetaren Scheibe verarbeiten.“ Es wurde am 9. Dezember 2019 in der Zeitschrift Nature Astronomy veröffentlicht. Hauptautor ist Mattias Ek.
Ihr Modell zeigt, dass, obwohl alles in unserem Sonnensystem aus Sternenstaub geschaffen wurde, eine Art von Sternen am meisten zur Erde beigetragen hat: Rote Riesen oder asymptotischer Riesenzweig (AGB) Sterne. Dies sind Sterne im gleichen Massenbereich wie unsere Sonne, die sich zu Roten Riesen ausdehnen, wenn sie ihren Wasserstoff verbrauchen. Unsere eigene Sonne wird in etwa 4 bis 5 Milliarden Jahren eine davon werden.
Als Teil ihres Endzustands synthetisieren diese Sterne Elemente im sogenannten s-Prozess. Die s-Prozess , oder langsamer Neutroneneinfangprozess, erzeugt Elemente wie Palladium und seine Nachbarn im Periodensystem, Ruthenium und Molybdän. Interessanterweise erzeugt der s-Prozess diese Elemente mit Samen von Eisenkernen, die selbst in Supernovae in früheren Generationen von Sternen erzeugt wurden.
„Palladium ist etwas flüchtiger als die anderen gemessenen Elemente. Infolgedessen kondensierte weniger davon um diese Sterne zu Staub, und daher gibt es in den von uns untersuchten Meteoriten weniger Palladium aus Sternenstaub“, sagt Ek.
Es gibt eine größere Fülle an Material von Roten Riesen in der Zusammensetzung der Erde als auf dem Mars oder in Asteroiden wie Vesta weiter draußen in unserem Sonnensystem. Die äußere Region enthält mehr Material von Supernovae. Das Team sagt, dass sie erklären können, warum das so ist.
In unserem jungen Sonnensystem widerstand Staub von Roten Riesen der Verdunstung oder Zerstörung durch die Sonne besser als Staub von Supernovae. Deshalb, so die Autoren der Studie, enthält die Erde mehr Materie von Roten Riesen als weiter draußen liegende Körper. Bildnachweis: NASA
„Als sich die Planeten bildeten, waren die Temperaturen näher an der Sonne sehr hoch“, erklärt Schönbächler. Einige der Staubkörner waren instabiler als andere, darunter solche mit eisiger Kruste. Dieser Typ wurde im inneren Sonnensystem, nahe der Sonne, zerstört. Aber Sternenstaub von Roten Riesen war stabiler und widerstand der Zerstörung, daher ist er in der Nähe der Sonne konzentrierter. Die Autoren sagen, dass Staub von Supernova-Explosionen auch dazu neigt, schneller zu verdampfen, da er kleiner ist. Es gibt also weniger davon im inneren Sonnensystem und auf der Erde.
„Damit können wir erklären, warum die Erde im Vergleich zu anderen Körpern im Sonnensystem die größte Anreicherung an Sternenstaub von Roten Riesensternen aufweist“, sagt Schönbächler.
Mehr:
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