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Freitag, 22.09.2017
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Zerfallsrate statt Standardkerzen

Wie schwere Elemente das Alter des Universums verraten

Wie alt ist unser Universum und wie entwickelt es sich? Unser heutiges Verständnis beruht auf astronomischen Beobachtungen von Sternexplosionen eines bestimmten Typs, Supernovae vom Typ Ia. Diese Explosionen scheinen alle nach dem gleichen Mechanismus abzulaufen, denn das dabei ausgesendete Licht ist identisch. Deshalb bezeichnen wir sie als Standardkerzen.

Supernovae vom Typ Ia diene Kosmologen als "Standardkerzen" für die Messung der Expansion des Universums. Hier der Supernova-Überrest G299.

Supernovae als kosmische Standardkerzen


Analysieren wir das Licht und bestimmen die Entfernung dieser Sterne, können wir auf den Zeitpunkt der Explosion zurückschließen und auch auf die Größe des Universums zu diesem Zeitpunkt. Die Physiker Saul Perlmutter, Brian Schmidt und Adam Riess analysierten viele dieser Standardkerzen und kamen zu dem Schluss, dass sich das Universum immer schneller ausdehnt. Dafür erhielten sie 2011 den Physik-Nobelpreis.

Aber können wir uns wirklich auf diese Standardkerzen verlassen? Erst kürzlich fanden Astronomen Hinweise darauf, dass die Typ1a-Supernovae doch unterschiedlich hell sein könnten. Das könnte die bisherigen Messungen zur kosmischen Expansion verfälscht haben.

Überprüfung durch Elementzerfälle


Das Projekt NAUTILUS wird dies überprüfen, indem es das Alter des Universums unabhängig von Standardkerzen bestimmt. Es verwendet dazu radioaktive Kerne mit einer Halbwertszeit, die in etwa dem Alter des Universums entspricht, als eine Art Uhr. Wenn solche Kerne im frühen Universum in einem Stern erzeugt worden sind, können wir einen Teil dieser Kerne heute noch messen und zurückrechnen, wie viel Zeit seit dem Beginn der Nukleosynthese vergangen ist.

Wir wissen, dass die Nukleosynthese 500 Millionen Jahre nach dem Urknall begann, als die ersten Sterne entstanden. Bestimmt man also den Beginn der Nukleosynthese, kann man daraus auf das Alter des Universums schließen. Mit seiner Halbwertszeit von 48 Milliarden Jahren ist der Kern Rubidium-87 ein vielversprechender Kandidat für eine solche kosmische Uhr.

Der von den Frankfurter Forschern untersuchte Kern Krypton-85 liegt unmittelbar auf dem Reaktionspfad zu Rubidium-87 und bestimmt dessen Häufigkeit. Ist die Rate von Neutroneneinfängen an Krypton-85 sehr hoch, wird viel Rubidium-87 produziert. Ist die Rate hingegen klein, wird wenig Rubidium-87 produziert.

Das Projekt NAUTILUS wird diese Rate und damit das Alter des Universums bestimmen. Werden wir die Ergebnisse der Standardkerzen bestätigen oder erwartet uns eine Überraschung?
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Kathrin Göbel und René Reifarth / Forschung Frankfurt
Stand: 16.12.2016
 
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