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Dank Gravitationswellen: Erstmals frisch entstandenes schweres Element gefunden

Bei der Analyse einer Kollision zweier Neutronensterne wurde die Entstehung eines schweren Elements nachgewiesen und ein Physik-Puzzle vervollständigt.

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(Bild: ESO/L. Calçada/M. Kornmesser)

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Bei einer dank Gravitationswellen entdeckten Verschmelzung zweier Neutronensterne ist auch das schwere Element Strontium frisch produziert worden. Mit dessen Nachweis haben Astronomen das letzte Puzzlestück in das Bild der Formung der Elemente eingefügt und gleichzeitig einmal mehr unter Beweis gestellt, was die neue Multi-Messenger-Astronomie zu leisten vermag. Der Fund bestätige, dass die schweren Elemente im Universum bei Neutronensternfusionen gebildet werden können, erklärt die Europäische Südsternwarte: Damit sei die letzte Elementfabrik nachgewiesen worden.

Das Gravitationswellenereignis GW170817 hatte im Herbst 2017 für Aufsehen gesorgt, weil es damals zum ersten Mal gelungen war, die Quelle der Gravitationswellen im sichtbaren Licht und weitere elektromagnetische Strahlung davon zu beobachten. Bereits kurz danach hatten Astronomen erklärt, es habe sich in der Folge gezeigt, dass bei den Kollisionen von Neutronensternen tatsächlich Elemente synthetisiert werden, die schwerer sind als Eisen. Mit der nun im Wissenschaftsmagazin Nature veröffentlichten Studie zum Nachweis von Strontium (Sr) bestätigen die Autoren um Darach Watson von der Universität Kopenhagen diese vorläufigen Angaben.

Animation der Kollision und die dabei produzierten Elemente (Quelle: ESO/L. Calçada)

Den Forschern zufolge ist der "schnelle Neutroneneinfang" dafür verantwortlich, dass die schweren Elemente erzeugt werden können. Dafür ist noch mehr Hitze als im Kern von Sternen – wo viele Elemente gebildet werden – nötig und außerdem viele freie Neutronen, mit denen die Atome bombardiert werden. Wo sich dieser bislang nicht nachgewiesene Prozess im Universum aber wirklich abspielt, dazu gab es nur Theorien. Auch wenn die Astronomen dank der Gravitationswellen-Astronomie nun aber auf die Quelle hingewiesen wurden, sei der Nachweis schwierig gewesen, erklären die Forscher. Grund seien die "sehr unvollständigen Kenntnisse" über das spektrale Erscheinungsbild der schweren Elemente.

Mit dieser Entdeckung wird den Theorien außerdem ein weiterer Entstehungsort von Elementen hinzugefügt, erklären die Wissenschaftler. Als solche Elementfabriken seien bislang die Kerne von Sternen, Sternenexplosionen (Supernovae) und die äußeren Schichten älterer Sterne bekannt gewesen. Mit dem Nachweis, der mit dem Instrument X-Shooter des Very Large Telescope gelungen ist, befinde sich die Erforschung nach dem Ursprung der Elemente nun in ihrer letzten Phase, erläutert Watson.

Die Spektren der Kilonova im zeitlichen Verlauf zeigen, wie das Objekt verblasst und immer röter wird. (Quelle: ESO/E. Pian et al./S. Smartt & ePESSTO/L. Calçada)

(mho)