Die meisten Elemente unseres Periodensystems gab es direkt nach dem Urknall noch nicht. Nur Wasserstoff und kleinere Mengen Helium und Lithium erfüllten schon damals den Kosmos. Erst, als Sterne entstanden und durch die Kernfusion in ihrem Inneren Atome miteinander verschmolzen, bildeten sich auch die ersten schwereren Elemente. Um jedoch Atomkerne zu erzeugen, die schwerer sind als Eisen, reicht die Kernfusion nicht aus. Gängiger Theorie nach werden solche Elemente stattdessen durch den Neutroneneinfang gebildet, bei dem sich nach und nach einzelne Neutronen an bestehende Atomkerne anlagern. Durch radioaktiven Zerfall wandeln sich einige dieser Neutronen dann in Protonen um und erzeugen so ein neues Element. Eine langsame Variante dieses Prozesses, der sogenannte s-Prozess findet in Roten Riesen statt. Doch er kann nach bisherigem Wissenstand nur Atome bis etwa zum Bismut erzeugen – für noch schwerere Kerne sind Neutronendichte und Temperaturen in diesen Riesensternen nicht ausreichend.
Wo findet der r-Prozess statt?
Demzufolge müssen Schwermetalle wie Platin, Gold, Uran oder Plutonium auf anderem Wege entstanden sein. Nach gängiger Theorie ist dafür eine schnelle Variante des Neutroneneinfangs verantwortlich, der sogenannte r-Prozess. Bei diesem ist die Neutronendichte so hoch, dass pro Sekunde mehr als 1022 Neutronen durch eine Fläche von einem Quadratzentimeter strömen. Sie lagern sich dadurch schneller an bestehende Atomkerne an, als diese wieder zerfallen können. Das ermöglicht die Bildung auch der sehr schweren Elemente – so die Theorie. Strittig war bisher allerdings, wo im Kosmos die geeigneten Bedingungen für diesen r-Prozess herrschen. “Dies ist die letzte Phase einer jahrzehntelangen Suche, um den Ursprung der Elemente zu ermitteln”, erklärt Erstautor Darach Watson von der Universität Kopenhagen. “Denn bis jetzt wussten wir nicht, wo der letzte, unentdeckte Prozess stattfand, der als schneller Neutroneneinfang bekannt ist und der die schwereren Elemente im Periodensystem erzeugt.”
Einige Forscher vermuten die Elementerzeugung durch den r-Prozess in Supernovae, andere dagegen in der Kollision und Verschmelzung von Neutronensternen. Doch bis vor zwei Jahren hatten Astronomen noch nie eine solche Kollision der Sternenreste beobachtet, eine Bestätigung der Annahmen war daher nicht möglich. Im August 2017 jedoch änderte sich dies: Mithilfe der Gravitationswellendetektoren LIGO und Virgo konnten Wissenschaftler damals zum ersten Mal die Verschmelzung zweier Neutronensterne nachweisen. Durch Beobachtung mit Teleskopen in aller Welt gelang es zudem, auch die bei diesem Ereignis freiwerdende Strahlung einzufangen – einen abrupt aufleuchtenden und dann allmählich schwächer werdenden Strahlenausbruch in fast allen Wellenlängen. Diese Kilonova bot Watson und seinem Team die Chance, gezielt nach Hinweisen auf die Bildung neuer Elemente in dieser Kollision zu suchen.
