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Astronomie+Physik

Alchemie im Weltraum

Schon länger ist bekannt, dass die schwersten Elemente des Periodensystems durch die gewaltigen Explosionen großer Sterne im Weltraum erzeugt werden. Dennoch weisen die bisher von Astrophysikern aufgestellten Kernreaktionsketten Lücken auf: So konnte bisher nicht erklärt werden, wie einige besonders seltene Isotope während eines solchen Sternentods entstehen. Ein internationales Forscherteam hat nun herausgefunden, dass die bei den Explosionen erzeugten Antineutrinos dafür verantwortlich sein könnten.

Wenn schwere Sterne nach dem Verbrauch ihres Kernbrennstoffs in Form einer Supernova explodieren und dabei zu einem Neutronenstern zusammenfallen, entsteht in ihrer Umgebung für kurze Zeit eine hohe Konzentration freier Protonen. Diese Protonen können sich mit Atomkernen der Überreste des Sterns vereinigen und auf diese Weise schwerere Elemente bilden. Da sich Protonen allerdings aufgrund ihrer positiven Ladung gegenseitig abstoßen, können Kerne mit hohen Protonenzahlen keine weiteren Protonen aus ihrer Umgebung aufnehmen, so dass durch diesen Vorgang nicht beliebig schwere Elemente erzeugt werden können.

So konnten die bisherigen Modelle dieser Kernreaktionen beispielsweise nicht die Herstellung von bestimmten Isotopen der Metalle Ruthenium und Molybdän erklären, da deren Ausgangsstoffe schon sehr reich an Protonen sind. Hier kommen der neuen Studie zufolge nun die ebenfalls bei der Explosion erzeugten Antineutrinos zu Hilfe.

Diese wandeln nämlich einen Teil der freien Protonen in Neutronen um. Da diese elektrisch neutral sind, können sie selbst von protonenreichen Kernen ohne Probleme aufgenommen werden. Die zusätzlichen Neutronen ermöglichen es den Kernen nun, trotz ihrer hohen positiven Ladung weitere Protonen aufzunehmen und somit die problematischen Isotope bilden, erklärt Carla Fröhlich, eine der Autorinnen der Studie. Antineutrinos könnten unter Umständen auch bei der Erzeugung leichterer Elemente eine Rolle gespielt haben, insbesondere in der Umgebung primitiver Sterne in der Frühzeit des Universums, glauben die Forscher.

Physical Review Letters (Band 96 Artikel 142502) Stefan Maier
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