Vorsintflutlicher Sternenstaub

Sterne durchlaufen Lebenszyklen. Sie entstehen, wenn Gaswolken und Staub im All aufeinandertreffen, sich aufgrund der Schwerkraft verdichten und aufheizen. Sterne brennen dann ¨¹ber Jahrmillionen oder gar Milliarden Jahre, ehe sie sterben und dabei Staubpartikel ins All schleudern. Diese tragen wiederum zur Entstehung neuer Sterne, Planeten, Monde und Meteoriten bei.

In einem solchen Meteorit, der vor 50 Jahren in Australien niederging, entdeckten Forschende vom Field Museum, der Universit?t Chicago, der ETH Z¨¹rich und weiteren Hochschulen nun Sternenstaub, der vor f¨¹nf bis sieben Milliarden Jahren entstanden war ¨C der ?lteste Feststoff, der bisher auf der Erde gefunden wurde. Die Resultate der Studie wurden soeben im Fachmagazin PNAS ver?ffentlicht.

Zeitkapsel Meteorit

Die Materialien, die Erstautor Philipp Heck vom Field Museum und von der Universit?t Chicago und seine Kollegen untersuchten, wurden vor der Geburt unserer Sonne gebildet und sp?ter, nach ihrer Geburt, in Meteoriten eingeschlossen. Auf diese Weise wurden sie ¨¹ber Milliarden von Jahren konserviert und macht sie zu Zeitkapseln, die Auskunft ¨¹ber die Zeit vor der Entstehung unseres Sonnensystems geben.

Die Staubpartikel, welche die Fachleute als pr?solare K?rner bezeichnen, sind allerdings nur sehr schwer zu finden. Einerseits sind sie sehr selten: Nur in jedem 20. Meteoriten, der auf die Erde f?llt, sind welche verborgen. Und die K?rner sind h?chstens wenige Mikrometer gross.

Der sogenannte Murchison-Meteorit, der 1969 in Victoria, Australien, aufschlug, entpuppte sich als wahre Schatzkiste. Aus ihm konnten Wissenschaftler an der Universit?t von Chicago bereits vor 30 Jahren pr?solare K?rner isolieren. Diese wurde nun genauer auf ihr Alter und ihre Herkunft untersucht.

Kosmische Strahlung l?sst Edelgase entstehen

F¨¹r die Altersbestimmung nutzten die Forscher den Umstand, dass der Meteorit auf seiner Reise durchs All kosmischer Strahlung ausgesetzt war. Diese interagiert mit der Materie und bildet neue Elemente, in dem Fall seltene und daher gut nachzuweisende Edelgase. Je l?nger der Meteorit der kosmischen Strahlung ausgesetzt ist, desto mehr dieser Elemente h?ufen sich in ihm an.

Anhand dieser Spurenelemente fanden die Forscher heraus, dass einige der isolierten pr?solaren K?rner 4,6 bis 4,9 Milliarden Jahre alt sein m¨¹ssen, einige sogar ?lter als 5,5 Mia. Jahre. Damit sind die K?rner ?lter als unsere Sonne, die ca. 4,6 Mia. Jahre alt ist. Die Erde ist ?nur? 4,5 Mia. Jahre alt.

Die K?rner geben zudem auch Auskunft ¨¹ber das Leben und Sterben von Sternen. So folgern die Forscher aus ihren Erkenntnissen, dass sich vor sieben Milliarden Jahren besonders viele neue Sterne gebildet haben mussten.

?Wir z?hlten mehr junge K?rner als erwartet?, erkl?rt Heck. Er vermutet deshalb, dass die Mehrzahl der K?rner mit einem Alter von 4,6 bis 4,9 Mia. Jahren von Sternen stammen, die vor etwa 7 Milliarden Jahren in einer Periode verst?rkter Sterngeburten entstanden und etwa 2 Milliarden Jahre sp?ter ihr Lebensende erreichten. Sterne mit einer solchen Lebensdauer haben etwa doppelt so viel Masse wie unsere Sonne und produzieren daher besonders viel Staub, wenn sie sterben. Dieser Staub wurde nach dem Tod ihrer - zahlreicher vorhandenen - Muttersterne ins All ausgestossen und dort von der kosmischen Strahlung getroffen.

Schwankt die Zahl neugebildeter Sterne?

Damit befeuern die Wissenschaftler eine alte Debatte, ob neue Sterne mit einer konstanten Rate entstehen oder ob die Zahl neugebildeter Sterne periodisch schwankt. ?Dank der K?rner haben wir einen direkten Beweis, dass die Neubildung von Sternen vor 7 Mia. Jahren ¨¹berdurchschnittlich gross war?, sagt der Forscher. ?Die Geburtenrate von Sternen scheint also eher zu schwanken als konstant zu sein.?

Ihre Analysen an den pr?solaren K?rnern f¨¹hrten die amerikanischen Wissenschaftler zur Hauptsache an der ETH Z¨¹rich durch. Das Departement Erdwissenschaften verf¨¹gt ¨¹ber ein weltweit einzigartiges Messger?t, das Massenspektrometer ?Tom Dooley?. Es wurde spezifisch f¨¹r die Messung von kleinsten Gasmengen konzipiert und ist das einzige Instrument, welches Edelgase in einzelnen pr?solaren K?rnern messen kann.

Heck doktorierte von 2002 bis 2005 an der ETH bei Professor Rainer Wieler und sammelte an diesem Ger?t Erfahrung bei der Messung von Edelgasen in pr?solaren K?rnern. Dank einer langj?hrigen Zusammenarbeit mit Wieler und seit dessen Pensionierung mit Henner Busemann konnte Heck ?Tom Dooley? f¨¹r die Messungen nutzen.

Kommerziellen Unternehmen ist es bis heute nicht gelungen, ?hnlich pr?zise Ger?te zu entwickeln. ?Kollege Heck kennt die Maschine und ihre Vorz¨¹ge von seiner Doktoratszeit her. H?tten die Amerikaner ein vergleichbar genaues Ger?t, w?ren sie kaum nach Z¨¹rich gekommen f¨¹r ihre Messungen?, sagt Busemann schmunzelnd.

Diese Forschungsarbeit wurde unterst¨¹tzt durch das Nationale Forschungsprogramm externe SeiteNCCR PlanetScall_made.