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Kosmische Geburt

Wie das Element Gold entstand

So ungewöhnlich viele Eigenschaften des Goldes sind, so exotisch ist auch der Ursprung dieses Edelmetalls. Denn Gold wird zwar schon seit Jahrtausenden in irdischen Goldlagerstätten gefunden und gefördert, seine Atome aber sind außerirdischer Herkunft. Sie stammen aus den Tiefen des Alls. Doch wo und wie das Gold dort gebildet wurde, darüber konnten Forscher bis vor Kurzem nur spekulieren.

Nur wenige Elemente entstanden schon beim Urknall, der Rest wurde erst bei der Kernfusion in Sternen, bei Sternexplosionen oder noch energiereicheren Ereignissen gebildet. © Cmglee/ CC-by-sa 3.0

Sterne als Elementfabriken

Klar ist: Fast alle Elemente unseres Periodensystems sind erst lange nach dem Urknall entstanden. Denn am Uranfang des Universums gab es nur Wasserstoff und in geringeren Teilen Helium und Lithium. Alle schwereren Atomsorten wurden erst gebildet, als das Fusionsfeuer der ersten Sterne zündete. Unter dem enormen Druck und den höllischen Temperaturen im Sterneninneren verschmelzen Wasserstoff und die anderen leichten Elemente zu immer schwereren Atomkernen. Nach gängiger Theorie verdanken wir diesem Sternenfeuer alle Elemente bis etwa zum Eisen.

Um jedoch Atomkerne zu erzeugen, die noch schwerer sind, wird mehr Energie benötigt, als sie im Sterneninneren zur Verfügung steht. Die Nukleosynthese dieser Elemente geschieht deshalb erst dann, wenn ein massereicher Stern am Ende seines Lebenszyklus explodiert. Die Supernova erzeugt energiereiche Neutronen, die die ausgeschleuderte Sternenmaterie bombardieren. Deren Atome nehmen dabei zusätzliche Neutronen auf und zerfallen dann zu neuen, schwereren Elementen. Erst die explosive Kraft der Supernovae ermöglicht so die Bildung schwererer Atomsorten wie Kupfer, Selen oder Rubidium.

Die Kollision von Neutronensternen erzeugt schwere Elemente – darunter auch das Gold. © National Science Foundation/ LIGO/ Sonoma State University/ A. Simonnet

Kosmische Katastrophe

Doch für das Element Gold reicht selbst die Explosionsenergie der schwersten Sterne nicht aus. Schon länger haben Forscher daher nach Prozessen im Kosmos gesucht, die noch mehr Energie freisetzen. Ein Kandidat: die Kollision und Verschmelzung von Neutronensternen. Diese extrem dichten Sternenreste konzentrieren die doppelte Sonnenmasse in nur zehn bis zwölf Kilometern Durchmesser – entsprechend kataklysmisch ist ihre Kollision.

Ob aber Gold tatsächlich bei solchen Kollisionen entsteht, darüber konnten Wissenschaftler lange nur spekulieren. Denn noch nie war es gelungen, zwei kollidierende Neutronensterne auf frischer Tat zu ertappen – bis zum 17. August 2017. An diesem Tag fingen die LIGO-Detektoren in den USA und der Virgo-Detektor in Italien erstmals Gravitationswellen auf, die bei einer solchen Verschmelzung entstanden sind.

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200 Erden aus Gold

Das Spannende daran: An der bei dieser Kollision ebenfalls freigesetzten elektromagnetischen Strahlung konnten die Forscher ablesen, welche Elemente bei diesem Ereignis produziert wurden – und Gold war dabei. Aus den Spektraldaten schließen sie, dass allein bei dieser Neutronenstern-Kollision bis zu 200 Erdmassen an Gold erzeugt worden sein könnten. Auch Platin und andere schwere Atomsorten hinterließen im Licht dieser kosmischen Katastrophe ihren spektralen Fingerabdruck.

Damit scheint klar: Das Element Gold ist nicht nur einfach „Sternenstaub“, wie so viele andere Atome – es hat seinen Ursprung in einem der eindrucksvollsten Ereignisse des Kosmos.

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Nadja Podbregar
Stand: 27.04.2018

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In den Schlagzeilen

Inhalt des Dossiers

Gold – das geheimnisvolle Element
Warum das edelste aller Metalle so ungewöhnlich ist

Blei zu Gold
Auf den Spuren der Alchemisten

Einsteins Glanz
Woher das Gold seinen besonderen Schimmer bekommt

Voller "Eigenliebe"
Warum Gold so beständig ist

Kosmische Geburt
Wie das Element Gold entstand

Das Rätsel der Lagerstätten
Wie hat sich das Gold im Untergrund angereichert?

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