Der kleine Brocken sieht aus wie ein Stück Schotter vom Bahndamm, nicht gerade wie eine wissenschaftliche Sensation. Doch der kartoffelgroße schwarze Stein hat eine uralte Geschichte: Sie reicht sogar weiter zurück als zur Entstehungszeit unseres Sonnensystems. Dieses bildete sich vor 4,56 Milliarden Jahren aus einer Ansammlung von Staubpartikeln. Der Staub selbst hatte damals schon eine Millionen Jahre lange Reise hinter sich, setzt er sich doch aus den Überresten explodierter und zerfallener Sterne zusammen. Forscher des Max-Planck-Instituts (MPI) für Chemie in Mainz können heute dank ausgefeilter Messtechnik viele Details seiner Geschichte rekonstruieren.
Das jüngste Datum dieser Geschichte ist am einfachsten zu benennen: Am 28. September 1969 fiel in der Nähe der australischen Stadt Murchison ein über 100 Kilogramm schwerer Meteorit vom Himmel. Der Mainzer Gesteinsbrocken ist einer der Bruchstücke dieses sogenannten Murchison-Meteoriten. Für die Forschung hat sich der Meteorit als wahrer Schatz erwiesen, berichtet der Astronom und Wissenschaftsjournalist Thomas Bührke in einem Artikel im Dezemberheft des Wissenschaftsmagazins “bild der wissenschaft”.
“Er enthält winzige mineralische Körnchen, die nachweislich in der Umgebung von alternden und explodierenden Sternen entstanden sind”, erläutern Ulrich Ott und Peter Hoppe vom Mainzer MPI in “bild der wissenschaft”. Nach dem Ende dieser Sterne sind die Körnchen durch die Milchstraße gereist und wurden Teil des solaren Urnebels, aus dem sich schließlich die Sonne, die Erde und alle anderen Himmelskörper unseres Sonnensystems bildeten.
Lange hatten Wissenschaftler vermutet, dieser Urnebel hätte aus einer homogenen Mischung von Staubpartikeln bestanden. Doch in den 1960er-Jahren zeigte die Analyse eines Meteoriten, dass in ihm das Edelgas Xenon in einer ganz anderen Isotopenzusammensetzung vorhanden war als bei anderen bekannten Funden. In einem weiteren Meteoriten entdeckten Wissenschaftler ungewöhnlich große Mengen des Isotops Neon-22. Die Ergebnisse deuteten darauf hin, dass der physikalisch-chemische Fingerabdruck der Sterne, von denen das Material im solaren Nebel ursprünglich stammte, bis heute in den einzelnen Partikeln zu lesen ist.
Der Aufwand an Analyse- und Messtechnik sowie das Wissen, das Forscher wie Ott und Hoppe vom MPI in Mainz für diese Spurensuche aufwenden müssen, sind freilich gewaltig. Beim gängigsten Analyseverfahren werden zunächst Teile des Meteoriten in einer starken Säure fast vollständig aufgelöst. Der kleine, zurückbleibende Rest wird danach langsam in einer Vakuumkammer erhitzt, so dass nach und nach die ins Material eingeschlossenen Edelgase verdampfen. Diese Gase werden dann in einem Massenspektrometer nach ihrem Atomgewicht sortiert und analysiert.
Da bei diesem Verfahren Teile des wertvollen Materials von der Größe einer Euromünze zerstört werden, haben Forscher auch weitere, schonendere Methoden entwickelt. Mit am besten aufgestellt sind hier die Mainzer Wissenschaftler mit einer Anlage, bei der mit einem Strahl elektrisch geladener Teilchen Atome aus der Oberfläche des Meteoriten herauslöst werden. Diese können dann in einem Spektrometer untersucht werden.
Die Ergebnisse dieser Analyse ermöglichen einen regelrechten Stammbaum unserer kosmischen Ahnen: So lassen sich einzelne Körnchen einer Supernova zuordnen dem spektakulären Ende eines Sterns, der in einer gewaltigen Explosion auseinanderfliegt. Die Spuren der typischen physikalisch-chemischen Zusammensetzung des Sterns, die mit einem solchen Ereignis einhergeht, tragen viele der Staubteilchen noch heute. Andere wiederum stammen von einem Roten Riesen, einem Stern, der sich im Lauf seiner Entwicklung zu einem riesenhaften Himmelskörper aufgebläht und dabei viel Material ins Weltall ausgeworfen hat. Wieder andere Partikel stammen aus sogenannten Novae, bei denen sich ein Stern Material eines Nachbarn einverleibt.
Selbst das ungefähre Alter dieser heute längst verschwundenen Sterne können Forscher abschätzen. Sie nutzen dazu aus, dass die Partikel auf dem Weg durch die Milchstraße hin und wieder mit Wasserstoff- oder Heliumionen zusammenstoßen, wobei sich das Isotop Neon-21 bildet. Je länger ein Staubteilchen unterwegs war, bis es schließlich Teil des solaren Nebels und damit unseres späteren Sonnensystems wurde, desto mehr von diesem Isotop ist entstanden. Die exakte Bestimmung ist jedoch schwierig: “Wegen der geringen Mengen an Neon-21 gelingt das nur bei Jumbo-Körnchen”, erläutert Ulrich Ott in “bild der wissenschaft”.
Nach den Ergebnissen der Forscher waren die Teilchen zwischen 3 und 200 Millionen Jahre unterwegs, bis sie in unser vor 4,56 Milliarden Jahren gerade erst entstehendes Sonnensystem gelangten. Diese unterschiedliche Reisedauer deutet darauf hin, dass die Teilchen von verschiedenen Sternen stammen, die zudem ein unterschiedliches Alter aufwiesen. Mit dieser Arbeit am uralten Sternenstaub ist es den Forschern daher heute möglich, in die Entwicklungsgeschichte der Milchstraße zurückzublicken und Rückschlüsse auf Sterne zu ziehen, die bereits seit vielen Milliarden Jahren nicht mehr scheinen.
ddp/wissenschaft.de – Ulrich Dewald
