Wie die meisten Sterne besteht die Sonne primär aus Wasserstoff und Helium. Schwerere Elemente wie Kohlenstoff, Sauerstoff, Eisen oder Silber machen zusammen nur rund 1,5 Prozent ihrer Masse aus. Doch gerade diese „Metalle“, wie Astronomen solche Elemente nennen, sind wichtige Anzeiger der solaren Entwicklung, ihres Ursprungs und der Entwicklung ihrer galaktischen Nachbarschaft. Denn diese Elemente entstanden Vorgängern der Sonne und wurden bei deren Supernovae freigesetzt. Sie sind demnach eine Art stellarer Fossilien.
Das Sonnensilber und eine rätselhafte Diskrepanz
Das Merkwürdige jedoch: „Das Silber in unserem Sonnensystem zeigt eine rätselhafte Diskrepanz“, erklären Sema Caliskan von der Universität Uppsala und ihre Kollegen. Bisher ergaben Messungen, dass der Silbergehalt der Sonne bei logɛ= 0,96 liegt – das entspricht neun Silberatomen auf rund eine Billion Wasserstoffatome. Doch dieser Wert liegt rund 43 Prozent unter dem Silbergehalt von urtümlichen Meteoriten. Das ist überraschend, weil diese in der protoplanetaren Scheibe der jungen Sonne gebildet wurden und daher eine sehr ähnliche Elementzusammensetzung haben müssten.
Wie sind diese Abweichungen zu erklären? Eine Möglichkeit wäre, dass die Spektrallinien der Sonne nicht korrekt interpretiert wurden. Denn um aus ihrer Intensität und Form auf die Menge des jeweiligen Elements zu schließen, müssen Astronomen Modelle der Sonnenatmosphäre und der atomaren Reaktionen zu Hilfe nehmen. Diese sagen voraus, wie stark das Element in den verschiedenen Schichten der Sonne angeregt wird und wie die resultierende Spektrallinie aussieht.
Haben die Modelle etwas übersehen?
Doch diese Modelle sind wahrscheinlich zu stark vereinfacht, wie Caliskan und ihr Team erklären. Bisher gehen die solaren Elementberechnungen meist von einem lokalen thermischen Gleichgewicht (LTE) im Sonneninneren aus. Die Energie steht dabei im Gleichgewicht mit der lokalen Temperatur. Doch neuere Daten legen nahe, dass dies nicht in allen Sonnenzonen der Fall ist. Bereits 2022 hatte ein Astronomenteam ermittelt, dass die Sonne unter Berücksichtigung solcher Nicht-LTE-Bedingungen mehr Sauerstoff, Silizium und Neon enthalten muss als zuvor angenommen.
Könnte dies auch beim Silber der Fall sein? Um das zu prüfen, haben Caliskan und ihre Kollegen ein neues Modell der äußeren Sonnenschichten erstellt. Dieses umfasst auch nicht im Gleichgewicht stehende Effekte. Außerdem präzisierten sie die Berechnungen, die die Reaktionen der Silberatome auf die solaren Bedingungen abbilden. „Mithilfe dieses neuen Modells konnten wir die Spektrallinien des Silbers im Sonnenspektrum genauer interpretieren“, erklärt Caliskan.
Spektrale Linientiefen der beiden Silberlinien in 1D- und 3D-Modellen, basierend nur auf lokalem thermischem Gleichgewicht (LTE) und bei Einziehung von nicht-LTE-Effekten. — © Caliskan et al.,/ Astronomy and Astrophysics, CC-by 4.0
Neuer, höherer Silberanteil lässt die Diskrepanz schwinden
Das Ergebnis: Der neu ermittelte Silbergehalt der Sonne liegt bei logɛ= 1,15. Das entspricht 14 Silberatomen pro eine Billion Wasserstoffatome und ist rund 55 Prozent mehr als zuvor angenommen. „Damit reiht sich Silber in die anderen schwereren Elemente ein, deren Anteile durch Einbeziehung von nicht im thermischen Gleichgewicht stehenden Sonnenregionen korrigiert wurden“, schreibt das Astronomenteam.
Noch bedeutender ist, dass der korrigierte Silberanteil auch die rätselhaften Diskrepanzen zwischen Sonne und Meteoriten behebt. „Wir können sehen, dass die neuen Silberwerte die Unterschiede von 43 Prozent auf nur noch zwölf Prozent verringern“, berichten Caliskan und ihr Team. Diese Rest-Diskrepanz stimmt mit der überein, die auch für einige andere Elemente ermittelt wurde – und lässt sich durch die Chemie im frühen Sonnensystem erklären.
Wichtige Grundlage für die Astrophysik
Damit korrigieren die neuen Messungen nicht nur fundamentale Merkmale unseres Sterns, sie lösen auch ein altes Rätsel. Gleichzeitig bilden sie eine wichtige Grundlage, um die Entwicklung unseres Sonnensystems, aber auch anderer Sterne und Planetensysteme besser zu verstehen. „Unsere Sonne ist einer der wichtigsten Referenzpunkte in der Astronomie“, erklärt Caliskan. Die neuen Ergebnisse helfen nun, besser zu verstehen, wie Silber und andere schwere Elemente in frühen Sternen entstanden, durch deren Explosionen freigesetzt und an folgende Sterngenerationen weitergegeben wurden.
Quelle: Sema Caliskan (Uppsala University, Schweden) et al., Astronomy and Astrophysics, 2026; doi: 10.1051/0004-6361/202659578
