Astronomen finden Objekt, das die Masse eines Planeten in Gold produzieren kann!

Die leichtesten Elemente des Periodensystems, wie Wasserstoff und Helium, wurden in den ersten Minuten nach dem Urknall gebildet. Sie sind für die Zusammensetzung der ersten Sterne verantwortlich, die sich bildeten. Aus diesen Sternen wurden durch Kernfusion etwas schwerere Elemente wie Kohlenstoff, Sauerstoff und Eisen erzeugt, die bei ihrer Supernova in den Weltraum geschleudert wurden.

Das Rätsel beginnt mit dem Element Eisen, das die Grenze darstellt, die ein Stern bei seiner Verschmelzung und der Aufrechterhaltung des hydrostatischen Gleichgewichts erreichen kann. Die Bildung von noch schwereren Elementen wie Gold, Platin und Uran war ein großes Fragezeichen. Erst in jüngster Zeit haben Beobachtungen gezeigt, dass energetische Ereignisse, wie die Verschmelzung von Neutronensternen, diese Metalle durch den Prozess des schnellen Neutroneneinfangs, den sogenannten r-Prozess, erzeugen könnten.

Eine neue, kürzlich veröffentlichte Arbeit hat gezeigt, dass diese schweren Elemente durch Magnetar-Flares entstehen können. Laut den Astronomen, die diese Fackeln analysiert haben, erzeugte eine einzige Fackel das Äquivalent der Masse des Mars an Metallen wie Gold, Platin und Uran. Diese Beobachtung liefert eine neue Erklärung für den Ursprung dieser Elemente und trägt zur Klärung des Rätsels bei, wie Schwermetalle auf natürliche Weise im Universum entstanden sind.

Magnetare

Magnetare sind eine besondere Art von Neutronensternen, die extrem starke Magnetfelder haben, die Billionen Mal stärker sind als das Magnetfeld der Erde. Die Magnetfelder eines Magnetars sind die stärksten Magnetfelder, die jemals im Universum beobachtet wurden. Magnetische Instabilitäten und der Drehimpuls, der beim Kollaps massereicher Sterne entsteht, erzeugen diese Magnetfelder.

Einige dieser elektromagnetischen Strahlungsemissionen treten in Form von Energieausbrüchen auf, die als Flares bezeichnet werden. Diese Flares erzeugen Röntgen- und Gammastrahlungsemissionen, die hier auf der Erde beobachtet werden und Informationen über die Umgebung des Magnetars liefern können. Diese Umgebung begünstigt die Bildung schwerer Elemente, da es sich um eine energiereiche und dichte Umgebung handelt.

Das Geheimnis des Jahres 2004

Im Dezember 2004 beobachteten Astronomen mit Weltraumteleskopen eine extrem helle und intensive Explosion. Nach weiteren Beobachtungen und Analysen wurde die Explosion als Flare eines Magnetars identifiziert. Diese Strahlungsfackel hatte nur wenige Sekunden gedauert, aber mehr Energie freigesetzt als die Sonne in einer Million Jahren.

Dieses Ereignis war eines der energiereichsten, das je beobachtet wurde und zieht bis heute die Aufmerksamkeit der Astronomen auf sich. Es blieb jedoch ein Rätsel, als etwa 10 Minuten nach der Hauptexplosion ein zweites, schwächeres Signal entdeckt wurde. In den zwei Jahrzehnten seit der Beobachtung haben mehrere Astronomen versucht, die zweite Spitze zu erklären, aber sie passt nicht in die bekannten Modelle.

Fackeln, die schwere Elemente erzeugen

In einer neuen, heute veröffentlichten Arbeit wurde das Ereignis von 2004 anhand der beiden beobachteten Spitzenwerte analysiert. Anhand der neuen Analyse schätzten die Forscher, dass die Explosion das Doppelte der Masse des Mars an Schwermetallen wie Platin und Uran erzeugte. Dies würde den mit dem sekundären Peak verbundenen Prozess erklären, der bisher ein Rätsel war. Darüber hinaus wurde mit dieser Entdeckung ein weiteres Problem gelöst.

Neutronensternkollisionen allein reichten nicht aus, um die Menge der beobachteten schweren Elemente zu erklären. Und auch das Vorhandensein großer Mengen dieser Elemente in sehr jungen Galaxien, in denen nicht genügend Zeit für Neutronensternkollisionen zur Verfügung stand. Mit dieser Entdeckung ist es möglich, zu schätzen, dass zwischen 1 % und 10 % der schweren Elemente durch diese Flares gebildet werden können .

Neutroneneinfangprozess

Der Prozess, der für die Bildung schwerer Elemente sowohl in Neutronensternkollisionen als auch in Flares verantwortlich ist, wird als schneller Neutroneneinfangprozess oder r-Prozess bezeichnet. Dieser Prozess findet statt, wenn Atomkerne freie Neutronen mit hoher Geschwindigkeit absorbieren, bevor sie radioaktiv zerfallen können. Dazu ist eine extrem neutronenreiche Umgebung erforderlich.

Unter extremen Bedingungen, wie bei Kollisionen und Magnetaren, sind Neutronen so dicht konzentriert, dass Atomkerne in Sekundenbruchteilen Dutzende von ihnen aufnehmen und schwere Elemente bilden. Dieser Prozess wurde 2017 mit der Entdeckung des Ereignisses GW170817 durch Beobachtungen bestätigt. Die Spektralanalyse des nach dem Ereignis ausgestrahlten Lichts zeigte das Vorhandensein von neu gebildeten schweren Elementen.

Quellenhinweis

Direct Evidence for r-process Nucleosynthesis in Delayed MeV Emission from the SGR 1806–20 Magnetar Giant Flare . April 29, 2025. Patel, et al.