Kosmische Goldgrube

Der Sternenhimmel im Januar. Von Felicitas Mokler

Einst hofften Alchimisten, die Elemente ineinander umwandeln zu können. Einige von ihnen strebten gar danach, Gold selbst herzustellen. Längst wissen wir, dass dies mit den Mitteln der Chemie unmöglich ist. Elemente können nur durch Kernfusion entstehen und sich durch Kernprozesse ineinander umwandeln. In kosmischem Maßstab laufen diese Prozesse permanent im Inneren von Sternen und an deren turbulentem Lebensende während Supernovaexplosionen ab.

Doch auch kurz nach dem Urknall herrschten im gesamten Universum kurzzeitig Bedingungen wie in einem gigantischen Fusionsreaktor. Bei Temperaturen um 109 Kelvin und entsprechenden Dichten konnten sich in den ersten Minuten die ersten Elemente bilden. Als sich die Elementarteilchen bereits zu Protonen, also Kernen von Wasserstoff, zusammengefunden hatten, konnten diese kurzzeitig fusionieren. So entstanden Deuterium (schwerer Wasserstoff), das erste Helium (etwa zu 20 Prozent) und geringe Spuren von Lithium. Nach drei bis fünf Minuten fielen Temperatur und Dichte im rasch expandierenden Universum allerdings soweit ab, dass die Fusion zum Erliegen kam.

Woher aber stammen also all die chemischen Elemente, die wir auf der Erde kennen und die unseren festen Planeten überhaupt erst ausmachen? Sauerstoff, Kohlenstoff und Stickstoff, auf denen Leben basiert? Das Eisen in unserem Blut, das Gold einer Olympiamedaille oder einer Zahnfüllung?

Ein Teil davon wurde und wird auch heute noch im Inneren von Sternen produziert, wo Temperaturen von 15 Millionen Kelvin und mehr herrschen. Als Faustregel gilt: Je größer die Masse des Sterns, umso schwerer die Elemente, die sich bilden, aber auch umso kürzer seine Lebensdauer. Doch egal wie massereich ein Stern ist: Bei Eisen beziehungsweise Nickel ist Schluss. Denn zur Fusion zu noch schwereren Atomkernen wird mehr Energie benötigt, um sie herzustellen, als dabei frei wird.

Größere Mengen an Eisen sowie andere schwere Elemente können sich erst bilden, wenn ein Stern am Ende seines Lebens explodiert und sein Überrest als kompakter Neutronenstern oder Schwarzes Loch endet. Für die Produktion von besonders schweren Elemente wie Edelmetallen oder anderen bis zu Uran müssen Sterne vermutlich sogar noch einen zweiten Tod sterben. In welchen Mengen und bei welcher Art von Supernova vor allem diese schwersten Atomkerne entstehen, konnten Astronomen lange Zeit nur anhand von Modellrechnungen vermuten. Seit kurzem haben sie darüber jedoch mehr Gewissheit.


This artist?s impression shows two tiny but very dense neutron stars at the point at which they merge and explode as a kilonova. Such a very rare event is expected to produce both gravitational waves and a short gamma-ray burst, both of which were observed on 17 August 2017 by LIGO?Virgo and Fermi/INTEGRAL respectively. Subsequent detailed observations with many ESO telescopes confirmed that this object, seen in the galaxy NGC 4993 about 130 million light-years from the Earth, is indeed a kilonova. Such objects are the main source of very heavy chemical elements, such as gold and platinum, in the Universe.
Bei der Verschmelzung zweier Neutronensterne - hier in künstlerischer Darstellung - werden Gravitationswellen sowie ein Gammablitz ausgesandt. Erstmals beobachteten Astronomen dieses Phänomen in beiden Nachweiskategorien im August 2017 bei dem Ereignis GW170817 in der Galaxie NGC 4993 im Sternbild Hydra. Als Folge dieser Art der Sternverschmelzung entstehen vermutlich besonders schwere Elemente wie Edelmetalle oder andere bis hin zu Uran.

Erstmals war es den Forschern im August 2017 gelungen, die Verschmelzung zweier Neutronensterne anhand von Gravitationswellen sowie über einen breiten Bereich des elektromagnetischen Spektrums zu beobachten. Ein solches Ereignis hatten sie schon lange als Ursache von Gammablitzen, wie sie immer wieder im fernen Kosmos aufleuchten,vermutet. Dank der Messung von Gravitationswellen hatten die Wissenschaftler nun Gewissheit, dass da wirklich zwei ausgediente Sternenleichen ineinander stürzten.

Ihre Beobachtungen passten gut zu den Vorhersagen der Modelle, dass verschmelzende Neutronensterne der dominierende Lieferant für Silber, Gold und Platin sowie noch schwerere Elemente im Universum sind. So sehen sich die Astrophysiker nun in ihrer Annahme bestätigt, dass ein Großteil der schweren Elemente auch auf der Erde aus einem solchen Sternencrash stammt. Doch können sie sich anhand einer einzigen Messung dieser Art so sicher sein? Das wird sich zeigen, wenn sich künftig derartige Ereignisse gehäuft studieren lassen. Denn die Ära der Gravitationswellenastronomie hat gerade erst begonnen.

Der Sternenhimmel Anfang Januar über Frankfurt am Main um 22:30h.
stellarium/Stefan Oldenburg, Felicitas Mokler

Position der Sternbilder:

Im Januar wartet der Winterhimmel mit einigen besonders schönen Konstellationen auf. Im Westen zieht Pegasus zu Beginn der Nacht Richtung Horizont, ebenso das Sternbild Fische. Hoch im Süden steht der Fuhrmann und in seiner Nähe auf der Ekliptik der Stier mit seinem blutunterlaufenen Auge, dem rötlich schimmernden Aldebaran. In dieser Konstellation finden wir auch die Sterngruppierung der Hyaden, nicht weit davon erstrahlen die Plejaden. Unterhalb von Fuhrmann und Stier prangt der Himmelsjäger Orion. Höher im Südosten folgen die Zwillinge mit den beiden Hauptsternen Kastor und Pollux. Im Osten klettert bereits der Löwe empor. Hoch im Westen steht Kassiopeia, auch bekannt als „Himmels-W“, im Nordosten befindet sich der Große Bär, dessen Teilbild der Große Wagen ist.

Lauf der Planeten:

In der ersten Monatshälfte zeigt sich Merkur am frühen Morgen über dem Südosthorizont. Bereits in der späten zweiten Nachthälfte zu sehen sind der rötliche Mars und der Gasriese Jupiter. In den frühen Morgenstunden gesellt sich der Ringplanet Saturn im Südosten dazu. Uranus befindet sich im Sternbild Fische und ist bei guten Sichtbedingungen mit bloßem Auge erkennbar. Der leuchtschwächere Neptun im Wassermann lässt sich mit Fernrohr aufspüren.

Lauf des Mondes:

Am 2. Januar war der Vollmond im Sternbild Zwillinge anzutreffen. Der abnehmende Halbmond hält sich am 8. des Monats in der Jungfrau auf. Zu Neumond am 17.1. befindet sich der Erdtrabant zwischen Schütze und Steinbock. Der wieder zunehmende Halbmond zieht am 24. Januar durch die Fische. Am Monatsletzten ist nochmals Vollmond, er befindet sich dann im Sternbild Krebs.


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