Kosmische Grüße aus der Wüste

Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Chemie haben große Mengen an Sternenstaub in einem Meteoriten gefunden

Sternenstaub findet sich gewöhnlich nur in sehr kleinen Mengen in primitiver Materie unseres Sonnensystems. Mit einer neuartigen Technik, einer NanoSIMS-Ionenmikrosonde, ist es Forschern am Max-Planck-Institut für Chemie in Mainz jetzt gelungen, hohe Konzentrationen an Silikat- und Spinellstaub, der vor mehr als 4,6 Milliarden Jahren in den Winden von Roten Riesensternen kondensiert ist, in einem Wüstenmeteoriten zu identifizieren. Die Isotopenzusammensetzungen der nur 100 bis 600 Nanometer großen Partikel weichen stark von denjenigen unseres Sonnensystems ab und können durch kernphysikalische Prozesse in den Muttersternen und die chemische Evolution unserer Milchstraße erklärt werden (Astrophysical Journal Letters, 1. Oktober 2004, Vorabveröffentlichung 31. August 2004).

Als unser Sonnensystem vor etwa 4,6 Milliarden Jahren durch den Kollaps einer interstellaren Gas- und Staubwolke entstand, wurde der größte Teil des präsolaren Staubs durch die dabei freigesetzte Wärme zerstört. Relikte des präsolaren Staubs finden sich heute nur noch in kleinen, thermisch wenig veränderten planetaren Körpern. Erstmals gelang es 1987 präsolaren Staub in Form von Siliziumkarbid und Nanodiamanten in primitiven Meteoriten nachzuweisen. Während das sehr seltene Siliziumkarbid (einige Tausendstel Promille des Meteoritenmaterials) unstrittig Sternenstaub repräsentiert, konnte der Anteil des Sternenstaubs an den in größerer Konzentration vorkommenden Nanodiamanten bis heute nicht bestimmt werden.

Forschern vom Max-Planck-Institut für Chemie in Mainz ist es nun gelungen, sehr hohe Konzentrationen an Sternenstaub in einem Meteoriten namens Acfer 094 zu identifizieren. Dieser Meteorit wurde 1990 in der Sahara gefunden und repräsentiert eine der primitivsten Materien unseres Sonnensystems. Die von den Mainzer Forschern gefundenen präsolaren Silikat- und Spinellkörner stellen mehr als ein Zehntel Promille des Meteoritenmaterials. „Sternenstaub in einer solch hohen Konzentration in einem Meteoriten zu finden, hatten wir nicht für möglich gehalten“, so Dr. Peter Hoppe vom Mainzer Max-Planck-Institut. Entscheidend für das Auffinden der nur 100 bis 600 Nanometer großen Partikel war der Einsatz der NanoSIMS, einer neuartigen Ionenmikrosonde, die erst kürzlich am Mainzer Max-Planck-Institut in Betrieb genommen wurde. Mit diesem Instrument können Schliffe von Meteoritengestein systematisch in situ nach Sternenstaub abgesucht werden. Damit wird das vormals angewandte, sehr aufwändige chemische und physikalische Separieren von Sternenstaub vermieden.

Isotopenuntersuchungen an Sternenstaub erlauben es, wichtige Erkenntnisse zur Entstehung der chemischen Elemente sowie der kernphysikalischen Prozesse in Sternen zu gewinnen. Aus der Sauerstoff-Isotopenzusammensetzung der von den Mainzer Forschern gefundenen Silikat- und Spinellkörner (s. Abb.) konnte geschlossen werden, dass diese in den Winden Roter Riesensterne kondensiert sind. Fingerabdrücke der chemischen Evolution unserer Milchstraße finden sich in der Silizium-Isotopenzusammensetzung der Silikatkörner. Dies bestätigt frühere Schlussfolgerungen, die aus Messungen an präsolarem Siliziumkarbid gewonnen wurden. Anders als in den Muttersternen des Siliziumkarbids wird die Silizium-Isotopenzusammensetzung in den Muttersternen der präsolaren Silikate im Verlaufe der stellaren Evolution nur wenig verändert. „Daher kann man die chemische Evolution von Silizium und anderer Elemente in unserer Milchstraße in präsolaren Silikaten wesentlich direkter verfolgen“, sagt Peter Hoppe.

Die erfolgreiche Identifizierung großer Mengen an Sternenstaub in einem Meteoriten lässt die Mainzer Forscher zuversichtlich einem weiteren Meilenstein in der Sternenstaubforschung entgegenblicken: Im Januar 2006 soll die STARDUST-Sonde Kometenstaub, das wohl ursprünglichste Material unseres Sonnensystems, auf die Erde bringen. Dann, so hoffen die Mainzer Forscher, wird ihre NanoSIMS dem Sternenstaub weitere Geheimnisse entlocken können.

Originalveröffentlichung: Mostefaoui, S. and Hoppe, P. Discovery of abundant in situ silicate and spinel grains from red giant stars in a primitive meteorite. Astrophysical Journal Letters, 613, 1. October 2004; published online 31. August 2004, http://www.journals.uchicago.edu/ApJ/journal/contents/ApJL/v613n2.html