Die Tiefsee als Teleskop: Radioaktive Atome in Manganknollen sind Zeugen einer nahen Sternexplosion, der die Menschheit vielleicht ihre Existenz verdankt.
In der Milchstraße explodiert nur etwa alle 30 Jahre ein Stern zur Supernova – und das in der Regel unbemerkt von uns, weit entfernt und hinter Gas- und Staubwolken verborgen. Die letzten beiden Supernovae wurden noch vor der Erfindung des Teleskops beobachtet: 1572 und 1604. Damit sich nicht nur elektromagnetische Strahlung, sondern auch Materie von dem spektakulären Sternentod zur Erde verirrt, darf die Supernova nicht weiter als wenige Hundert Lichtjahre entfernt stattfinden. Andernfalls ist der Druck des Sonnenwinds stärker als die durch den Weltraum rasende Explosionswolke.
1999 entdeckten Physiker um Klaus Knie von der Universität München radioaktive Eisen-60-Atome in Manganknollen vom Meeresboden des Südpazifik. Das Eisen hat eine Halbwertszeit von 1,5 Millionen Jahren. Es wird ausschließlich bei Supernovae erzeugt und ins All geschleudert – in Mengen vom Zehnfachen der Erdmasse. Allerdings konnten die Forscher damals nicht genau ermitteln, wie lange sich das Eisen-60 schon im Meeresboden befindet. Letzten Herbst gelang es Knie und seinen Kollegen, die Messungen zu präzisieren. In neuen Proben aus der Eisen-Mangankruste des Meeresbodens, 3000 Kilometer von der ersten Fundstelle entfernt, wiesen sie wiederum einen Überschuss an Eisen-60 nach. Diesmal glückte eine viel genauere Datierung.
„Die Probe wurde aus einer Tiefe von 4800 Metern vom Grund des Pazifischen Ozeans geborgen. Dort war die Mangankruste über mehrere Millionen Jahre lang mit einer Geschwindigkeit von lediglich 2,5 Millimetern pro Million Jahre gewachsen”, erklärt Knie. „Einer Krustenschicht kann somit ein Alter zugeordnet werden. Liegt sie beispielsweise zehn Millimeter unter der Oberfläche, ist sie vier Millionen Jahre alt.”
Die Datierung der Schichten basiert auf radioaktiven Beryllium-10-Atomen (Halbwertszeit: 1,5 Millionen Jahre). Knie erläutert das so: „In der Atmosphäre finden ständig Kollisionen zwischen hochenergetischen Teilchen der kosmischen Strahlung und dem Sauerstoff und Stickstoff der Luft statt, die Beryllium-10 erzeugen. Es wird ausgewaschen und schließlich an der Krustenoberfläche adsorbiert. In tieferen – also älteren – Schichten der Kruste ist wegen des radioaktiven Zerfalls die Beryllium-Konzentration verringert. Eine Schicht, die nur die Hälfte der Oberflächenkonzentration hat, ist somit etwa 1,5 Millionen Jahre alt.”
Insgesamt durchsuchten die Forscher 28 dieser über das Beryllium datierten Schichten (von je ein bis zwei Millimeter Dicke) nach Eisen-60 – 1999 waren es nur drei (mit je fünf bis zehn Millimeter Dicke) mit entsprechend größerer Messungenauigkeit. In der 2,8 Millionen Jahre alten Schicht fanden sie einen deutlichen Überschuss des Isotops. Die Menge stimmt mit dem Niederschlag von einer Supernova in 100 Lichtjahren Distanz gut überein.
Die Entdeckung ist der erste Schritt zu einer „ Supernova-Archäologie”. Brian Fields von der University of Illinois spricht bereits davon, „die Tiefsee-Sedimente als Teleskope zu benutzen, um die nuklearen Verbrennungsprozesse massereicher Sterne zu erkunden” und regt an, auch nach anderen Bestandteilen ihrer „Asche” zu suchen, beispielsweise nach den seltenen radioaktiven Isotopen Hafnium-182 und Plutonium-244. Ist ihr Supernova-Ursprung akzeptiert, könne man im Umkehrschluss Details der nur unzureichend bekannten Kernphysik der Sternexplosionen ableiten.
Die Entdeckung von Eisen-60 erlaubt noch weitere Schlussfolgerungen. „Die Explosionsfronten von Supernovae sind eine Ursache der kosmischen Strahlung: Protonen des interstellaren Mediums werden hier durch turbulente Magnetfelder auf hohe Energien beschleunigt”, sagt Knie. Simulationsrechnungen von Ernst Dorfi an der Universität Wien zeigten, dass eine so nahe Supernova die Menge der galaktischen kosmischen Protonen-Strahlung über 100 000 Jahre lang vergrößern würde.
„Neuere Untersuchungen weisen darauf hin, dass durch die Wechselwirkung der kosmischen Strahlung mit der Erdatmosphäre Kondensationskeime zur Wolkenbildung erzeugt werden. Eine erhöhte kosmische Strahlung könnte somit zu einer Abkühlung auf der Erde führen”, argumentiert Knie. „Eine solche langfristige und starke Abkühlung vor drei Millionen Jahren ist durch Messungen von Sauerstoff-Isotopen eindeutig belegt, während alle bisherigen Erklärungsversuche dieses Klimawechsels umstritten sind.”
Etwa zu jener Zeit entstanden die Frühmenschen der Gattung Australopithecus – was ohne die veränderten Selektionsbedingungen infolge des Klimawechsels wohl nicht der Fall gewesen wäre. Knie: „Es ist also wahrscheinlich, dass ein wichtiger Grund für unsere Existenz ein gewaltiges kosmisches Ereignis war – mehrere Millionen Mal weiter von uns entfernt als unsere Sonne.” ■
Rüdiger Vaas
