TUM – Technische Universität München Menü
Die Kohnen-Station ist eine Containersiedlung in der Antarktis, aus deren Nähe die Schneeproben stammen, in denen Eisen-60 gefunden wurde.
Die Kohnen-Station ist eine Containersiedlung in der Antarktis, aus deren Nähe die Schneeproben stammen, in denen Eisen-60 gefunden wurde.
Bild: Martin Leonhardt / Alfred-Wegener-Institut (AWI)
  • Forschung
  • lesezeit: 3 MIN

Eisen-60-Fund in der Antarktis liefert Hinweise auf die Umgebung des Sonnensystems

Sternenstaub im antarktischen Schnee

Bei gewaltigen Sternenexplosionen entsteht das seltene Isotop Eisen-60. Nur eine sehr geringe Menge davon gelangt von fernen Sternen auf die Erde. Jetzt hat ein Forschungsteam unter der Leitung von Physikern der Technischen Universität München (TUM) erstmals Eisen-60 im antarktischen Schnee gefunden. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler vermuten, dass das Eisen-Isotop aus der interstellaren Nachbarschaft stammt.

Mehrere Tausend bis Zehntausend Tonnen kosmischer Staub rieseln jährlich auf die Erde. Die meisten der winzigen Teilchen stammen von Asteroiden oder Kometen unseres Sonnensystems. Ein kleiner Teil kommt allerdings von fernen Sternen. Für das darin befindliche Eisen-Isotop Eisen-60 gibt es keine natürlichen irdischen Quellen, es entsteht ausschließlich bei Supernova-Explosionen oder Reaktionen der kosmischen Strahlung mit dem kosmischen Staub.

Antarktischer Schnee reist um die Welt

Den ersten Nachweis für Eisen-60 auf der Erde erbrachte ein Forschungsteam der TUM, darunter der Physiker Dr. Gunther Korschinek, vor 20 Jahren in Tiefseeablagerungen. Korschinek vermutete auch im reinen, unberührten antarktischen Schnee Spuren von Sternenexplosionen. Damit sich diese Annahme überprüfen lässt, sammelte Dr. Sepp Kipfstuhl vom Alfred-Wegener-Institut an der Kohnen-Station, einer Containersiedlung in der Antarktis, 500 Kilogramm Schnee und ließ diesen zur Untersuchung nach München transportieren. Dort schmolz ein Team der TUM den Schnee und trennte das Schneewasser von den festen Bestandteilen. Diese wurden am Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) mit verschiedenen chemischen Methoden bearbeitet, sodass das für die spätere Analyse benötigte Eisen im Milligrammbereich vorlag und die Proben zurück nach München gebracht werden konnten.

Im Beschleunigerlabor in Garching bei München fanden Korschinek und Dominik Koll aus dem Fachbereich Kern-, Teilchen- und Astrophysik der TUM fünf Eisen-60-Atome in den Proben. „Nach unseren Untersuchungen konnten wir ausschließen, dass das Eisen-60 von kosmischer Strahlung, Atomwaffentests oder Reaktorunfällen herrührt“, sagt Koll. „Da es keine natürlichen Quellen für dieses radioaktive Isotop auf der Erde gibt, war uns klar, dass das Eisen-60 aus einer Supernova stammen muss.“

Sternenstaub aus der interstellaren Nachbarschaft

Unser Sonnensystem befindet sich derzeit in einer interstellaren Wolke (Local Cloud), die mit Sternenstaub angereichert ist.
Unser Sonnensystem befindet sich derzeit in einer interstellaren Wolke (Local Cloud), die mit Sternenstaub angereichert ist.
Bild: NASA / Goddard / Adler / U. Chicago / Wesleyan

Das Forschungsteam konnte relativ genau festlegen, wann das Eisen-60 auf die Erde gerieselt ist: Die untersuchte Schneeschicht war nicht älter als 20 Jahre. Auch schien das gefundene Eisen-Isotop nicht von besonders weit entfernten Sternenexplosionen zu kommen, da sich der Eisen-60-Staub in dem Fall zu stark im Universum verdünnt hätte. Aufgrund der Halbwertszeit von Eisen-60 müssten Atome, die von der Entstehung der Erde herrühren, bis heute vollständig zerfallen sein. Koll geht daher davon aus, dass das Eisen-60 im antarktischen Schnee aus der interstellaren Nachbarschaft stammt – etwa aus einer Ansammlung von Gaswolken, in denen sich unser Sonnensystem derzeit befindet.

„Unser Sonnensystem ist vor etwa 40.000 Jahren in eine dieser Wolken eingetreten“, sagt Korschinek, „und wird sie in einigen Tausend Jahren wieder verlassen. Sollte die Gaswolken-Hypothese stimmen, würde Material aus Eisbohrkernen, das älter als 40.000 Jahre ist, kein interstellares Eisen-60 enthalten“, ergänzt Koll. „Damit könnten wir den Übergang des Sonnensystems in die Gaswolke nachweisen – das wäre eine wegweisende Erkenntnis für Forscherinnen und Forscher, die sich mit der Umgebung des Sonnensystems beschäftigen.“

Publikationen:

D. Koll, G. Korschinek, T. Faestermann, J. M. Gómez-Guzmán, S. Kipfstuhl, S. Merchel, J. M. Welch: Interstellar 60Fe in Antarctica. In: Physical Review Letters 123, 072701. August 2019.
DOI: 10.1103/PhysRevLett.123.072701

Mehr Informationen:

Beitrag in der Tagesschau der ARD vom 22. August 2019

Die Verfügbarkeit der Inhalte ist in Mediatheken unter Umständen zeitlich begrenzt.

Corporate Communications Center

Technische Universität München Lisa Pietrzyk
lisa.pietrzyk(at)tum.de

Kontakte zum Artikel:

Dr. Gunther Korschinek
Technische Universität München
Fakultät für Physik
Arbeitsgruppe Experimentelle Astroteilchenphysik
Tel.: +49 89 (0) 89 289-14257
korschin(at)tum.de

Dr. Thomas Faestermann
Technische Universität München
Fakultät für Physik
Arbeitsgruppe Nukleare Astrophysik
Tel.: +49 89 (0) 89 289-12438
thomas.faestermann(at)mytum.de

Weitere Artikel zum Thema auf www.tum.de:

Ein Blick ins Innere des KATRIN-Experiments.

Genauer als gedacht

Trotz ihrer extrem kleinen Masse spielen Neutrinos eine Schlüsselrolle in Kosmologie und Teilchenphysik. Nach Auswertung der ersten Messergebnisse im Karlsruher-Tritium-Neutrino-Experiment KATRIN steht nun fest: Die bisher...

Illustration von zwei fusionierenden Neutronensternen. Aus der Kollision breiten sich Gravitationswellen aus, wenige Sekunden später ereignet sich ein Ausbruch von Gammastrahlen. Von den zusammenwachsenden Sternen werden wirbelnde Materialwolken ausgestoßen.

800 Milliarden Grad in der kosmischen Küche

Sie gehören zu den spektakulärsten Ereignissen im Universum: Kollisionen von Neutronensternen. Einem internationalen Forschungsteam mit maßgeblicher Beteiligung der Technischen Universität München (TUM) ist es erstmals...

Das IceCube Lab am Südpol unter den Sternen.

Erste Beweise für Quelle extragalaktischer Teilchen

Zum ersten Mal ist es gelungen, die kosmische Herkunft höchstenergetischer Neutrinos zu bestimmen. Ein Team um die Physikerin Prof. Elisa Resconi von der Technischen Universität München (TUM) liefert ein wichtiges Indiz in...

Künstlerische Umsetzung der Kollision zweier Neutronensterne.

Durchbruch für eine Multi-Messenger Astronomie

Zum ersten Mal ist es gelungen, Signale von elektromagnetischen und Gravitationswellen aus der Kollision zweier Neutronensterne zu messen. Physiker des von der Technischen Universität München (TUM) geführten...

IceCube-Observatorium in der Antarktis - Foto: Emanuel Jacobi/NSF

Rasende Teilchen aus dem All

Zum ersten Mal gibt es konkrete Hinweise auf hochenergetische Neutrinos, die von außerhalb unseres Sonnensystems stammen. Das IceCube-Experiment, ein riesiges Neutrino-Observatorium in der Antarktis, an dem die Technische...