Zum ersten Mal haben Wissenschaftler direkt eine Schlüsselreaktion beobachtet, die eines der seltensten Elemente des Universums in explodierenden Sternen erzeugt. Dieser experimentelle Durchbruch, gelungen in den USA, schärft unser Verständnis der kosmischen Alchemie und zeigt zugleich, dass aktuelle Theorien noch Lücken haben.
Ein kosmisches Rätsel im Labor
Forscher am Facility for Rare Isotope Beams (FRIB) der Michigan State University haben einen Prozess nachgestellt, von dem man annimmt, dass er in Supernovae abläuft. Sie feuerten einen Strahl seltener, instabiler Arsen-73-Isotope auf ein Target und maßen den genauen Moment, in dem ein Proton eingefangen wurde und Selen-74 bildete. Dieses Isotop ist das leichteste Mitglied einer rätselhaften Klasse von Elementen namens p-Nuklide, die protonenreich sind und nicht durch die üblichen stellaren Prozesse erklärt werden können, die schwere Materie erzeugen.
Der schwer fassbare Ursprung protonenreicher Elemente
Seit über sechs Jahrzehnten rätseln Astrophysiker über den Ursprung der p-Nuklide. Diese seltenen Isotope, die von Selen-74 bis Quecksilber-196 reichen, sind schwerer als Eisen, entstehen aber nicht durch die Neutroneneinfangprozesse, die für die meisten schweren Elemente verantwortlich sind. Die führende Theorie verweist auf den Gammaprozess in bestimmten Supernova-Explosionen, bei dem intensive Hitze und Gammastrahlen bestehende Atomkerne bombardieren, Teilchen wegreißen und protonenreiche Überreste hinterlassen. Bis jetzt stützten sich Wissenschaftler fast ausschließlich auf theoretische Modelle, weil die beteiligten kurzlebigen Isotope im Labor außerordentlich schwer herzustellen und zu studieren sind.
Warum diese Messung wichtig ist
Das internationale Team unter der Leitung der Forscherin Artemis Tsantiri und mit Beteiligung von mehr als 45 Wissenschaftlern aus 20 Institutionen hatte dort Erfolg, wo andere scheiterten. Indem sie den notwendigen seltenen Isotopenstrahl erzeugten, konnten sie die Raten der Entstehung und Zerstörung von Selen-74 direkt eingrenzen. Die Ergebnisse halbieren die bisherige Unsicherheit in den theoretischen Modellen und liefern ein viel klareres Bild davon, wie dieser spezifische p-Nukleus in stellaren Explosionen synthetisiert wird. Die in Physical Review Letters veröffentlichte Arbeit ist ein Meilenstein für die nukleare Astrophysik und liefert harte Daten, wo zuvor nur Spekulation existierte.
Dieses bahnbrechende Experiment liefert ein entscheidendes Puzzleteil dafür, wie Supernovae das Universum mit seltenen Elementen anreichern. Doch indem es konkrete Daten liefert, zeigt es auch bedeutende Lücken in der bestehenden Erzählung der kosmischen Elemententstehung auf und beweist, dass die vollständige Geschichte dieser exotischen Atome noch geschrieben wird.
