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Fünf bis sieben Milliarden Jahre alten Sternenstaub haben Forscher an der ETH aus einem Meteoriten isoliert. Die extrahierten präsolaren Körner sind der älteste Feststoff, der je auf der Erde gefunden wurde – älter als unser Sonnensystem.
Beteiligt waren Wissenschaftler mehrerer Hochschulen, unter anderem von der Universität Chicago. Ihre Untersuchungen führten sie an der ETH durch, weil das dortige Departement Erdwissenschaften über ein weltweit einzigartiges Messgerät verfügt, das Massenspektrometer «Tom Dooley», benannt nach dem zum Galgen verurteilten Mörder aus dem bekannten Country-Song.
Das Gerät wurde spezifisch für die Messung von kleinsten Gasmengen konzipiert und ist das einzige Instrument, das Edelgase in einzelnen präsolaren Körnern messen kann. Präsolare Körner sind Staubpartikel, die beim Tod von Sternen ins All geschleudert werden – Sterne, die schon vor der Geburt unserer Sonne gebildet wurden.
Die Staubteilchen aus Siliziumkarbid (SiC) sind winzig; ihre Grösse liegt zwischen 2 und 30 Mikrometern (1 Mikrometer entspricht einem Tausendstel-Millimeter). Die gesamte Milchstrasse ist von diesem interstellaren Staub erfüllt, der zwar nur etwa ein Prozent des interstellaren Mediums ausmacht, aber einen grossen Teil der schweren Elemente im All liefert.
Manchmal werden solche präsolare Körner in Meteoriten eingekapselt. In etwa jedem 20. Meteoriten sind sie zu finden – auch im sogenannten Murchison-Meteoriten, der bereits 1969 in Australien einschlug. Mehr als 100 Kilogramm Material blieben von diesem kohlenstoffhaltigen Chondriten übrig und machten ihn zu einem der meistuntersuchten Meteoriten. 2004 konnten Wissenschaftler im Material des Murchison-Meteoriten erstmals Aminosäuren extraterrestrischen Ursprungs nachweisen.
Der nun analysierte Sternenstaub wurde schon vor Jahren im Murchison-Meteoriten entdeckt – neu ist seine Datierung. Und hier trat Tom Dooley auf den Plan: Er war in der Lage, die Spuren des Edelgas-Isotops Neon-21 zu messen, die sich bei der langen Reise des Materials durch die kosmische Strahlung im All gebildet haben. Anhand der Häufigkeit dieses Isotops konnten die Forscher bei 40 präsolaren Körnchen das Alter berechnen.
Bei einigen errechneten sie ein Alter von 4,6 bis 4,9 Milliarden Jahren. Für einzelne ergaben sich sogar 5,5 Milliarden Jahre, wie die Wissenschaftler in ihrer Studie schreiben, die im Fachmagazin «PNAS» veröffentlicht wurde. Dieses Alter bedeutet Rekord: Die Erde ist nur 4,5 Milliarden Jahre alt, die Sonne etwa 4,6 Milliarden.
Die Körner geben zudem Auskunft über Leben und Sterben von Sternen. Die Forscher stiessen auf überraschend viele «junge» Körnchen, die weniger als 300 Millionen Jahre vor der Geburt unseres Sonnensystems entstanden sind – und zwar erst gegen Ende der Existenz der Sterne, in denen sie entstanden sind. Diese Sterne, die etwa die doppelte Masse unserer Sonne besessen haben müssen, hatten eine Lebensdauer von rund zwei Milliarden Jahren. Die Forscher nehmen daher an, dass vor sieben Milliarden Jahren ausserordentlich viele Sterne entstanden – im Weltall herrschte damals sozusagen ein galaktischer Babyboom.
Die Einsicht, dass Sterne nicht mit einer konstanten Häufigkeit entstehen sondern schwankende «Geburtenraten» haben, ist neu und beendet eine alte Debatte. «Dank der Körner haben wir einen direkten Beweis, dass die Neubildung von Sternen vor sieben Milliarden Jahren überdurchschnittlich gross war», sagt Philipp Heck, der Erstautor der Studie. «Die Geburtenrate von Sternen scheint also eher zu schwanken als konstant zu sein.»
(dhr/sda)