In der Tiefsee gefunden, aber aus dem Weltraum stammend, ist dies das seltene Element Plutonium

Durch den Nachweis von Plutonium-244 kann die Schwermetallstruktur eines Sterns bestimmt werden.

Bild: SN2014J ist der Stern, der im letzten Jahrzehnt einer Supernova am nächsten kam. Forschungsergebnisse deuten darauf hin, dass Schwermetalle im Universum durch solche Sternexplosionen entstehen.

Wissenschaftler haben das radioaktive Element Plutonium in der tiefen Ozeankruste entdeckt, eine seltene Entdeckung, die neue Hinweise auf die Zusammensetzung von Schwermetallen in unerforschten Sternen liefert.

Das Isotop Plutonium-244 könnte zur gleichen Zeit wie das leichtere metallische Element Eisen-60 in Supernovas auf die Erde gelangt sein, wie eine Studie nahelegt. Dies lässt darauf schließen, dass Supernovae möglicherweise auch schwere Elemente produzieren können, obwohl auch bei anderen Ereignissen, wie etwa bei der Verschmelzung von Neutronensternen, schwere Elemente wie Plutonium-244 entstehen können.

Anton Werner, Kernphysiker an der Australian National University und dem Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf in Deutschland, sagte, die Entschlüsselung des Entstehungsmechanismus von Schwermetallen sei nach wie vor eines der drei größten Probleme der Physik. Von den metallischen Elementen, die schwerer als Eisen sind, entstehen etwa 50 % durch Kernfusion im Kern von Sternen, während für die verbleibende Hälfte die Hilfe hochdichter freier Neutronen erforderlich ist. Dies bedeutet, dass die andere Hälfte der Elemente in einer Umgebung entstanden sein muss, die explosiver ist als der Kern einer Supernova, beispielsweise bei einem Großereignis wie der Verschmelzung von Neutronensternen oder der Kollision eines Schwarzen Lochs mit einem Neutronenstern.

Werner arbeitet mit Wissenschaftlern aus China, Australien und den Vereinigten Staaten zusammen, in der Hoffnung, Spuren von Himmelsereignissen zu finden, die sich auf der Erde ereignet haben. Bisher haben sie einige radioaktive Schwermetallelemente entdeckt, die auf der Erde nie auf natürliche Weise entstanden sind. Konkret suchen die Forscher nach Plutonium-244, einer Variante von Plutonium mit einer Halbwertszeit von 80,6 Millionen Jahren. Das bedeutet, dass es 80,6 Millionen Jahre dauern würde, bis Plutonium-244 durch Radioaktivität zerfällt und die Hälfte des ursprünglichen Plutoniums verbraucht. Das ursprünglich vorhandene Plutonium-244 ist während der Entstehung der Erde zerfallen, sodass es sich bei den Atomen, die die Forscher finden konnten, um frühe, exotische Materie handelt. „Können wir Plutonium-244 auf der Erde finden? Dann wüssten wir, dass es aus dem Weltraum stammt“, sagte Werner.

Seltene Metalle

Auf ihrer Suche nach seltenen Elementen sammelten die Forscher Proben der Erdkruste 1.500 Meter unter dem Pazifischen Ozean. Werner erklärte gegenüber LIVE Science, dass sich die Gesteine ​​sehr langsam gebildet hätten und nur ein Millimeter der Kruste etwa 400.000 Jahre alt sei. Die Probensammlung umfasst Krustengesteine ​​aus den letzten etwa 10 Millionen Jahren.

Anschließend untersuchten die Forscher die Proben auf die extraterrestrischen Elemente Eisen-60 und Plutonium-244, die bei Supernovas entstehen. Sie entdeckten beide Elemente gleichzeitig.

Werner sagte, die Entdeckung von Eisen-60 sei nicht überraschend, da in früheren Studien Schwankungen des Elements in Tiefseesedimenten und der Erdkruste festgestellt worden seien. Der Befund bestätigt die vorherige Hypothese der Forscher, dass es bei Eisen-60 zwei Anstiege gab, einen zwischen 4,2 und 55 Millionen Jahren vor heute und einen weiteren vor etwa 7 Millionen Jahren. Die Fluktuation dieses metallischen Elements könnte durch zwei nahegelegene Supernovas verursacht worden sein.

„Es wäre eine sehr spektakuläre Supernova gewesen“, sagte Werner. „Dann entsteht das Eisen-60. Es wäre so hell wie der Vollmond gewesen, sodass man es wahrscheinlich sogar tagsüber sehen konnte.“

In der Vergangenheit fehlte es den Forschern an ausreichend empfindlichen Nachweisgeräten, um das in der gesamten Erdkruste verstreut vorkommende, äußerst seltene Metallelement Plutonium-244 genau nachzuweisen. Mithilfe modernster Technologien und Methoden ist es der aktuellen Forschung jedoch gelungen, dies zu erreichen. Es ist schwierig festzustellen, wann dieses außerirdische Plutonium eintraf, da die Forscher Schichten der Erdkruste entwirren müssen, die drei bis fünf Millionen Jahre alt sind. Man hat jedoch festgestellt, dass die Schwankungen der Plutonium-244-Konzentrationen mit denen von Eisen-60 korrelieren. „Das Verhältnis von Plutonium-244 zu Eisen-60 scheint konstant zu sein“, sagte Werner und vermutete, dass beide aus derselben Quelle stammen könnten.

In den Sternen geschmiedet

Obwohl sowohl Plutonium-244 als auch Eisen-60 wahrscheinlich aus Supernovas stammen, sind noch viele Fragen unbeantwortet. Werner sagte, dass Computermodelle versuchen, den Prozess der Elementbildung in Supernovas zu simulieren, es jedoch tatsächlich schwierig sei, schwere Elemente zu erzeugen. Das in der neuesten Studie ermittelte Verhältnis von Plutonium-244 zu Eisen-60 zeigt, dass nach der Explosion des Sterns der Gehalt an Plutonium-244 viel niedriger ist als der von Eisen-60, und dass das Element Plutonium-244 möglicherweise nur einen sehr kleinen Teil der Gesamtmenge der Elemente ausmacht.

Werner weist darauf hin, dass auch die Möglichkeit besteht, dass das in der tiefen Ozeankruste gefundene Plutonium-244 nicht aus einer Supernova stammt. Es ist auch möglich, dass er bei einem früheren Himmelsereignis entstanden ist und zufällig durch die Tiefen des Weltraums trieb. Beim Auftreffen auf Eisen-60 wurde Plutonium-244 aufgrund seiner höheren Masse angezogen und verband sich anschließend mit Eisen-60. In diesem Fall würden beide Elemente gleichzeitig auf der Erde eintreffen, das Plutonium-244 wäre jedoch früher entstanden.

Um diese Möglichkeit zu erforschen, hoffen die Forscher, Atome mit unterschiedlichen Halbwertszeiten weiter zu untersuchen. Der Halbwertszyklus funktioniert wie eine Uhr und ermöglicht es Wissenschaftlern, die Reichweite des Lebenszyklus eines Elements zu bestimmen. Wenn beispielsweise Plutonium-244 gleichzeitig mit einem anderen Element mit kürzerer Halbwertszeit entdeckt wird, dann würde dies darauf hinweisen, dass es sich bei beiden um jüngere Elemente handelt. Gleichzeitig zeigt dies auch, dass der Gehalt an Plutonium-244, der in Supernovas entsteht, sehr gering ist und der größte Teil des Plutoniums-244 bei anderen Ereignissen wie der Verschmelzung von Neutronensternen entsteht.

Das Forschungsteam untersucht derzeit eine Krustenprobe mit einem zehnmal größeren Volumen. Durch die Untersuchung größerer Krustenproben können Forscher den Umfang ihrer Suche nach Plutonium-244 erweitern und so genauer bestimmen, wann Plutonium-244 auf der Erde ankam.

„Das Erstaunlichste an diesem Verfahren ist, dass man am Ende herausfindet, dass die sechs oder zehn gefundenen Elemente nicht von der Erde, sondern aus dem Weltraum stammen. Und dann erhält man einige Hinweise darauf, woher sie kamen und wann sie entstanden sind“, sagte Werner.

VON: Stephanie Pappas

Geschäftsjahr: Herbst

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