Den Himmel auf Erden versprechen sich viele und wollen füreinander die Sterne vom Himmel holen. Dieser biografische Höhepunkt muss freilich besiegelt werden – am besten mit Ringen aus Gold oder Platin. Dass dieser Enthusiasmus durchaus eine gewisse himmlische Berechtigung besitzt, haben aufwändige Simulationen mit Hochleistungscomputern jetzt enthüllt. Mit dem Urknall entstanden nur die leichtesten Elemente: Wasserstoff, Helium und Spuren von Lithium, Beryllium und Bor. Alle schwereren Elemente – zum Beispiel Kohlenstoff, Sauerstoff und Stickstoff – haben sich durch Kernfusionsprozesse im Inneren von Sternen gebildet und sind bei deren Explosion ins All geschleudert worden. So dienten die schweren Elemente als Rohstoff für die Entstehung neuer Sterne und Planeten. Das ist jedenfalls die gängige Lehrbuch-Meinung. Allerdings mehrten sich in den letzten Jahren die Anzeichen, dass Supernovae Metalle, insbesondere Gold und Platin, nicht in so hohen Konzentrationen erzeugen können, wie sie in der Erdkruste und in Meteoriten gemessen werden. Ein Team britischer Astronomen von der University of Leicester unter der Leitung von Stephan Rosswog hat zusammen mit Kollegen von der Universität Basel nun einen Ausweg aus dem Problem gefunden: Die schweren Elemente können auch bei der Kollision von Neutronensternen entstehen. Diese superdichten Sternruinen sind nur so groß wie Berlin, aber schwerer als die Sonne. Sie bleiben als kollabierter Kern eines ausgebrannten, massereichen Sterns nach dessen Explosion übrig. Mit dem neuen Supercomputer Origin 3800 an der UK Astrophysical Fluids Facility in Leicester gelang es den Wissenschaftlern, diese Vorgänge zu simulieren. Der Hochleistungsrechner ist mit 128 parallel geschalteten Prozessoren, 64 Gigabyte Arbeitsspeicher und 1300 Gigabyte Hauptspeicher der leistungsfähigste Computer für astrophysikalische Berechnungen in Europa. Die Forscher begannen damit, in der Modellrechnung zwei Neutronensterne aus zehn Kilometer Entfernung aufeinander zufliegen zu lassen. Die Sternruinen nähern sich mit rund 20 Prozent der Lichtgeschwindigkeit auf spiralförmigen Bahnen, werden von den Gezeitenkräften auseinandergerissen, stürzen mit brachialer Gewalt aufeinander und formen dann innerhalb von wenigen millionstel Sekunden ein Schwarzes Loch. Dabei kommt es zu Gammastrahlen-Ausbrüchen – den stärksten Explosionen im Universum seit dem Urknall. Sie setzen innerhalb weniger tausendstel Sekunden so viel Energie frei wie das gesamte beobachtbare Universum in dieser Zeitspanne. Solche Superexplosionen sind freilich sehr selten – in jeder Galaxie kommen sie nur ungefähr einmal pro 100000 Jahre vor. Die Simulation dieser kosmischen Karambolagen ist extrem aufwändig und schwierig. Sie erfordert die Berücksichtigung exotischer quantenphysikalischer Prozesse sowie Effekte der Allgemeinen Relativitätstheorie. Selbst der Origin-3800-Supercomputer benötigte für die Berechnungen viele Wochen. Doch das Resultat hat es in sich – und lässt sich sogar als furiosen Film betrachten: In Sekundenbruchteilen tanzen die Neutronensterne umeinander, verzerren sich zur Unerkenntlichkeit und fusionieren in einem brachialen Feuerwerk, das beispiellos im Kosmos ist und den Weltraum mit Gravitationswellen erschüttert. Bei der Neutronenstern-Verschmelzung wird Materie auf bis zu 100 Milliarden Grad erhitzt und teilweise auf spiralförmigen Bahnen aus dem System geschleudert. Rund ein hundertstel Sonnenmasse an Materie entrinnt dabei dem Schwerkraftsog des neuen Schwarzen Lochs und entweicht in den Weltraum. Die verstreute Asche kühlt ab. Viele Atomkerne darin – überwiegend Eisen – fangen die bei der Kollision ebenfalls freigesetzten Neutronen ein und wandeln sich dadurch zu noch schwereren Elementen wie Gold, Platin und Uran um. Diese Asche mit Edelmetallen gelangt dann in die nächste Runde des kosmischen Materiekreislaufs – als Rohstoff für neue Sterne und Planeten, die sich aus den mit schwereren Elementen angereicherten kosmischen Gaswolken bilden. Wie Rosswogs Berechnungen zeigen, stimmen Anzahl und Verhältnis dieser Elemente gut mit den gemessenen Werten im Sonnensystem überein. Das ist ein überzeugender Hinweis darauf, dass ein großer Anteil von Gold und Platin auf der Erde aus den turbulenten Ereignissen bei der Verschmelzung von Neutronensternen vor Jahrmilliarden entstand. Rosswog: „Es ist eine aufregende Vorstellung, dass all das Gold in Ehe- und Verlobungsringen aus der Kollision ferner Sterne stammt.”
INTERNET
UK Astrophysical Fluids Facility: www.ukaff.ac.uk/
Film zur Neutronenstern-Kollision: www.ukaff.ac.uk/movies/nsmerger/
Rüdiger Vaas
