Man schätzt, dass vor etwa 80 Millionen Jahren, vor der Entstehung unseres Sonnensystems, ein Kilonova nur 1.000 Lichtjahre von uns entfernt. Diese Kilonova, die aus der Explosion eines Neutronensterns entstand, war für die Entstehung einiger der schwersten Elemente verantwortlich, die auf der Erde und in Meteoriten vorkommen. Zu diesen Elementen gehören Aktiniden wie Uran, Plutonium und Fermium sowie bestimmte Elemente aus den Gruppen 10 und 11 des Periodensystems, wie Platin und Gold.
In diesem Artikel erklären wir Ihnen, was eine Kilonova ist, was die Natur eines Neutronensterns ist und warum sie in Edelmetallen wie Gold und Platin vorkommen.
Was ist eine Kilonova?
Wenn zwei Neutronensterne oder ein Neutronenstern und ein Schwarzes Loch zusammentreffen, entsteht eine Kilonova. Diese Fusionsexplosion erzeugt einzigartige Elemente, die nur bei einem solchen spezifischen Ereignis entstehen können. Das Verständnis dieser Phänomene wurde durch Fortschritte in der Geschichte des Periodensystems und der Nukleosynthese, wodurch wir verstehen, wie Elemente im Universum entstehen.
Das zunehmende Interesse an der Kernphysik in den 1930er Jahren und die anschließende Konzentration auf die Kernenergie in den 1950er Jahren erleichterten einen Wechsel von der Geochemie zur Astrochemie Es ermöglichte uns, chemische Untersuchungen durch die Linse der Astrophysik und nicht durch die Geologie zu untersuchen. Dieser Übergang ebnete den Weg für die Untersuchung der Elemente des Periodensystems in Bezug auf Himmelskörper wie Sterne und sogar Galaxien. Dadurch konnten wir uns endlich mit langjährigen wissenschaftlichen Untersuchungen befassen, etwa der Herkunft von Edelmetallen wie Gold und Platin, der Entstehung von Elementen in der Sonne und in Meteoriten sowie dem Vorhandensein bestimmter Elemente des Periodensystems im Periodensystem Atmosphären entfernter Sterne jenseits der Milchstraße.
Die Bildung von Elementen, die schwerer als Eisen sind, mit Ausnahme von Wasserstoff, Helium und Lithium, erfolgt durch einen Prozess namens Nukleosynthese Es entsteht bei Ereignissen wie Supernovae und Kilonovae, und tritt vorwiegend bei Explosionen massereicher Sterne, sogenannten Supernovas, auf. Normalerweise kommt die Nukleosynthese im Eisen aufgrund von Einschränkungen der Kernreaktionen und Problemen mit dem Sternkern zum Erliegen.
Allerdings gibt es neben Eisen auch Elemente, die besonders reich an Neutronen sind, was die Frage aufwirft: Woher stammen diese Elemente? Die Antwort liegt in der Verbindung zwischen diesen Elementen und Neutronensternen. Um tiefer in das Reich der Kilonovae einzutauchen und die Erklärung aufzudecken, müssen wir die entscheidende Rolle verstehen, die sie spielen. die intensiven Neutronenflüsse, die Nukleonen in die Kerne einschleusen. Diese Untersuchungen haben unter anderem die Gründung der Internationalen Raumstation vorangetrieben.
Wenn ein Neutronenstern explodiert, wandelt der Zerfall von Neutronen durch Betaradioaktivität diese in Protonen um. Dieser wesentliche Prozess ermöglicht die Bildung von Elementen, die Eisen im Periodensystem übertreffen.
Kilonovas und ihre Beziehung zum r-Prozess
Der schnelle Neutroneneinfangprozess, auch R-Prozess genannt, findet ausschließlich innerhalb von Supernovae statt. Dieser Prozess beinhaltet eine Reihe von Kernreaktionen, die als Nukleosynthese bezeichnet werden und für die Entstehung von mehr als 50 % der Atomkerne verantwortlich sind, die schwerer als Eisen sind. Nach Millionen von Jahren der Synthese werden diese Kerne schließlich in die Sternumgebung freigesetzt. Von dort aus tragen sie zur Bildung neuer Sterne bei, die wiederum stabile Planetensysteme entstehen lassen.
Trotz des umfangreichen theoretischen Wissens, das vorhanden ist, Es war eine große Herausforderung, die Häufigkeit bestimmter Elemente wie Gold und Platin zu verstehen.. Dieses Rätsel blieb bestehen, bis man entdeckte, dass die notwendigen Neutronenflüsse auf Kollisionen von Neutronensternen zurückzuführen waren, die zur Bildung von Kilonovae führten.
Mithilfe kosmochemischer Beobachtungsmodelle können wir derzeit die Häufigkeit von Elementen in der Milchstraße quantifizieren und so das Vorhandensein von Gold und Platin in Meteoriten und anderen Himmelskörpern bestimmen. Dadurch können wir Verbindungen zwischen verschiedenen Elementen und vergangenen astrophysikalischen Ereignissen herstellen. Darüber hinaus bieten einige dieser Ereignisse eine Erklärung für den Ursprung von Polaris, einem charakteristischen und leicht identifizierbaren Stern am Nachthimmel.
Kilonova durch eine Explosion
Könnte eine Kilonova, verursacht durch eine Explosion, die 1.000 Lichtjahre von der Protosonne entfernt stattfand, eine Möglichkeit sein? Um tiefer in die Ursprünge von Gold und Platin in unserem Sonnensystem einzutauchen, ist es wichtig, die Astrophysiker Imre Bartos von der University of Florida und Szabolcs Marka von der Columbia University anzuerkennen. Seine Beiträge auf diesem Gebiet sind aufgrund der zahlreichen Veröffentlichungen rund um das Thema von grundlegender Bedeutung.der Ursprung von Gold und Platin auf der Erde«. Diese Veröffentlichungen erforschen nicht nur die allgemeinen Ursprünge, sondern gehen auch auf die spezifischen Ursprünge der Actiniden ein, einer Gruppe chemischer Elemente, die von Actinium Ac (Nr. 89) bis Lawrencium Lr (Nr. 103) reicht.
Zu den Aktiniden, die für ihre hohe Radioaktivität und Schwerkraft bekannt sind, gehören bekannte Elemente wie Uran (Nr. 92), Thorium (Nr. 90) und Plutonium (Nr. 94). Diese drei Elemente sind sehr berühmt, weil sie auf unserem Planeten am häufigsten vorkommen.
Werfen wir einen Blick auf die Forschung der Astrophysiker Bartos und Marka, die mithilfe fortschrittlicher Computertechnologie die Häufigkeit von Aktiniden in zahlreichen Meteoriten unseres Sonnensystems untersuchten. Ihre Ergebnisse zeigten, dass etwa 80 Millionen Jahre vor der Entstehung unseres Sonnensystems In einer Entfernung von 1.000 Lichtjahren ereignete sich eine Explosion eines Neutronensterns. Dieses katastrophale Ereignis spielte eine wichtige Rolle für die Fülle an Edelmetallen wie Gold, Platin, Quecksilber und Platin in unserem Planetensystem.
