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Sternenstaub vom Meeresgrund

Eisen-60 aus einer Supernova in Tiefsee-Sedimenten nachgewiesen

Lokale Wolke
Die Sonne fliegt zurzeit durch eine interstellare Staubwolke. Ob diese einst durch eine Supernova entstand, könnte radioaktives Eisen-60 verraten. © NASA/Goddard/ Adler/ U. Chicago/ Wesleyan

Boten einer stellaren Explosion: Forscher haben in der Tiefsee Spuren von radioaktivem Eisen-60 nachgewiesen – dem Isotop, das als Anzeiger naher Supernovae gilt. Das bestätigt erneut, dass es innerhalb der letzten Millionen Jahre eine oder mehrere Sternexplosionen in Erdnähe gegeben haben muss. Allerdings stellt die geringe Zahl der Eisen-60-Atome die gängige Annahme in Frage, nach der die Erde gerade durch die staubigen Reste einer solchen Supernova hindurchzieht.

Sternexplosionen sind wichtige Triebkräfte der kosmischen Entwicklung. Denn erst durch sie wurde ein Großteil der Elemente im Kosmos freigesetzt. Zudem könnte eine Supernova sogar bei der Entstehung unseres Sonnensystems mitgeholfen haben. Andererseits jedoch kann eine solche Sternexplosion zerstörerische Kräfte entfalten: Einige Forscher vermuten, dass ein großes Massenaussterben vor 360 Millionen Jahren und ein weiteres vor 2,6 Millionen Jahren durch eine solche kosmische Katastrophe verursacht wurden.

Eisen-60 als Supernova-Anzeiger

Eines der wichtigsten Indizien für nahe Supernovae ist das radioaktive Isotop Eisen-60. Diese Atomsorte entsteht fast nur in massereichen Sternen und wird bei ihren Explosionen frei, natürlich kommt es auf der Erde nicht vor. Weil Eisen-60 eine Halbwertszeit von rund 2,6 Millionen Jahren hat und nach rund 15 Millionen Jahren fast komplett zerfallen ist, muss alles auf der Erde gefundene Eisen-60 innerhalb der letzten Millionen Jahre entstanden und deponiert worden sein.

Bereits 2019 haben Forscher einige Atome von Eisen-60 in frisch gefallenem Schnee der Antarktis nachgewiesen. Dies legte nahe, dass auch heute noch Staub aus vergangenen Supernovae auf die Erde fällt. Als mögliche Quelle dieses Staubs gilt eine interstellare Wolke, durch die die Erde seit rund 33.000 Jahren zieht. „Wäre diese Wolke in den letzten Millionen Jahren aus einer Supernova entstanden, würde sie Eisen-60 enthalten“, erklärt Anton Wallner vom Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf.

Isotop auch in der Tiefsee

Um diese Annahme zu überprüfen, haben Wallner und seine Kollegen Sedimentbohrkerne analysiert, die aus der Tiefsee des Indischen Ozeans rund 1000 Kilometer vor der Südwestspitze Australiens stammen. Die Sedimentschichten wurden in den letzten rund 33.000 Jahren abgelagert und decken damit etwa den Zeitraum ab, in dem die Erde durch die interstellare Staubwolke gewandert ist. Sollte sie Supernova-Staub enthalten, müssten sich Spuren davon auch in den Ablagerungen finden.

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Und tatsächlich: Alle untersuchten Sedimentproben enthielten Eisen-60 – wenngleich nur winzigste Mengen. Insgesamt wies der Teilchendetektor in den fünf Proben 19 Eisen-60-Atome nach. Diese waren jedoch nahezu kontinuierlich über die aus verschiedenen Zeiten stammenden Schichten verteilt. „Wir schließen aus unseren Daten, dass in den letzten 33.000 Jahren rund 5,9 x 10<sup>23</sup> Eisen-60-Atome auf die Erde niedergegangen sind“, berichten Wallner und seine Kollegen.

Ist die Wolke doch kein Supernova-Rest?

Allerdings: Rechnet man dies auf den Eisen-60-Gehalt der interstellaren Wolke hoch, ist dieser deutlich niedriger als man es für einen Supernova-Überrest erwarten würde. Der die Erde treffende eisenhaltige Staubregen entspreche stattdessen eher dem galaktischen Durchschnitt, so die Forscher. „Angesichts dieses eher geringen Einstroms von Eisen-60 in den letzten 33.0000 Jahren scheint es eher unwahrscheinlich, dass die lokale interstellare Staubwolke den Rest einer aufgebrochenen Supernovahülle repräsentiert“, sagen sie.

Doch wenn die Wolke nicht bei einer Eisen-60-erzeugenden Supernova-Explosion entstand, woher kam sie dann? Von früheren Supernova-Explosionen? Und warum ist Eisen-60 so gleichmäßig im lokalen interstellaren Raum verteilt? Eine mögliche Erklärung könnte sein, dass die Wolke von einer schon länger zurückliegende Sternexplosion herrührt, beispielsweise vor rund sieben Millionen Jahren, und dass deshalb schon ein Teil des radioaktiven Eisenisotops zerfallen ist.

Denkbar wäre aber auch, dass das Eisen-60 nicht in der Staubwolke entstanden ist, sondern an anderer Stelle unseres lokalen Kosmos. Der Staub aus der Supernova könnte demnach vom Rand unserer lokalen Blase zurückgeworfen und so teilweise in die Staubwolke gelangt sein. Um herauszufinden welche dieser Hypothesen zutrifft, seien nun weitere Eisen-60-Funde nötig – vor allem aus Sedimenten älter als 40.000 Jahre, so die Forscher. (Proceedings of the National Academy of Sciences, 2020: doi: 10.1073/pnas.1916769117)

Quelle: Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf

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