(Goddard Space Flight Center/CI Lab der NASA) Eine heftige Kollision zwischen zwei Neutronensternen vor 4,6 Milliarden Jahren überschüttete das noch unentwickelte Sonnensystem mit schweren Elementen, wie neue Forschungsergebnisse zeigen.
Bis zu 0,3 Prozent des Goldes, Platins und Urans der Erde (zusammen mit anderen schweren Elementen) könnten im Feuer einer Fusion in 1.000 Lichtjahren Entfernung entstanden sein, als das Sonnensystem kaum mehr als eine Wolke aus Gas und Staub war.
„Das bedeutet, dass wir in jedem von uns einen Wimpernschlag dieser Elemente finden würden“, sagte der Astrophysiker Imre Bartos der University of Florida, „hauptsächlich in Form von Jod, das lebenswichtig ist.“
Die Berühmten Neutronensternkollision im Jahr 2017 entdeckt hat uns viele Dinge gelehrt – nicht zuletzt solche Kollisionen schwere Elemente produzieren . In den elektromagnetischen Daten von GW 170817 Wissenschaftler entdeckten erstmals die Produktion schwerer Elemente wie Gold, Platin und Uran.
Dies liegt daran, dass eine starke Explosion wie eine Supernova oder eine Sternverschmelzung den schnellen Neutroneneinfangprozess auslösen kann R-Prozess - eine Reihe von Kernreaktionen, bei denen Atomkerne mit Neutronen kollidieren, um Elemente zu synthetisieren, die schwerer als Eisen sind.
Die Reaktionen müssen schnell genug ablaufen, damit der radioaktive Zerfall keine Chance hat, bevor weitere Neutronen zum Kern hinzugefügt werden. Das bedeutet, dass er dort stattfinden muss, wo viele freie Neutronen umherschweben – wie bei einem explodierenden Stern.
Um herauszufinden, woher die schweren Elemente der Erde kommen könnten – sei es eine Supernova oder eine Neutronenstern Fusion – Bartos und sein Kollege Szabolcs Márka von der Columbia University haben die radioaktiven Isotope in Meteoriten des frühen Sonnensystems analysiert.
Diese finden sich in Aktiniden - schwere Elemente mit Ordnungszahlen von 89 bis 103, von Actinium bis Lawrencium, die alle radioaktiv sind; Ihre Spuren finden sich in Meteoriten aus der Frühzeit des Sonnensystems.
Radioaktive Isotope haben eine Halbwertszeit . Damit ist die Zeitspanne gemeint, die es dauert, bis die Hälfte der Atomkerne in einer Probe zerfällt, und es handelt sich um eine bekannte Größe für verschiedene Elemente. Die radioaktive Halbwertszeit kann daher als eine Art Zeitkapsel zur Rekonstruktion bestimmter Zeiträume verwendet werden.
So konnten die Forscher anhand dieser Meteoriten-Aktiniden Plutonium, Uran und Curium die Häufigkeit schwerer Elemente im frühen Sonnensystem rekonstruieren.
An sich sagt uns das nicht viel mehr, also führte das Team numerische Simulationen des frühen Sonnensystems durch, um die realen Meteoritenhäufigkeiten mit den Simulationen zu vergleichen. Und sie fanden heraus, dass die beiden ohne eine Neutronensternzerstörung nicht zusammenpassen würden.
Die beste Übereinstimmung für die beobachtete Aktinidenhäufigkeit ergab eine Neutronensternkollision etwa 1.000 Lichtjahre vom Sonnensystem entfernt (also innerhalb der Milchstraße), etwa 100 Millionen Jahre vor der Entstehung der Erde, als sich die Gaswolke bildete, aus der das Sonnensystem entstand war noch im Prozess der Verschmelzung.
„Wenn heute ein vergleichbares Ereignis in ähnlicher Entfernung vom Sonnensystem stattfinden würde, könnte die daraus resultierende Strahlung den gesamten Nachthimmel überstrahlen.“ sagte Brand .
Ihre Untersuchungen ergaben, dass dieses Ereignis Elemente in den umgebenden Weltraum versprühte und 70 Prozent des Curiums und 40 Prozent des Plutoniums des frühen Sonnensystems ausmachte. Aufgrund des radioaktiven Zerfalls gibt es heute, 4,6 Milliarden Jahre später, viel weniger davon.
Und es konnte keine Supernova gewesen sein, fanden sie heraus – sie kommen viel zu häufig vor, wodurch die Aktinidenhäufigkeit, die sie produzieren würden, über die durch die Meteoriten definierten Grenzen hinausgeht.
Dies sei ein Ergebnis, so die Forscher, das Aufschluss über die Prozesse geben könne, die das Sonnensystem geformt haben. Und es hat auch eine existenzielle Bedeutung.
„Unsere Ergebnisse befassen sich mit einer grundlegenden Frage der Menschheit: Wo kommen wir her und wohin gehen wir?“ sagte Brand .
„Es ist sehr schwierig, die enormen Emotionen zu beschreiben, die wir empfanden, als uns klar wurde, was wir gefunden hatten und was es für die Zukunft bedeutet, während wir nach einer Erklärung für unseren Platz im Universum suchen.“
Die Forschung wurde veröffentlicht in Natur .