Sternenstaub in der Antarktis in Schneeproben entdeckt. | Polarjournal
Eisen-60 entsteht bei der Explosion massereicher Sterne. Von Sternexplosionen bleiben nicht nur solche leuchtenden Gaswolken übrig, auch das Isotop Eisen-60 ist ein Supernova-Relikt. (Foto: NASA, ESA)

Das seltene Isotop Eisen-60 entsteht bei gewaltigen Sternenexplosionen. Nur ein kleiner Teil gelangt von fernen Sternen auf die Erde. Forscher haben erstmals Eisen-60 in der Antarktis entdeckt. Aus dem Fund konnten sie spektakuläre Schlüsse ziehen.

Im frischen Schnee unweit der AWI-Forschungsstation «Konen» in der Antarktis haben Forscher das Isotop Eisen-60 entdeckt, welche in einer nahen Supernova entstanden sein muss. (Foto: Martin Leonhardt, AWI)

Jedes Jahr rieseln mehrere Tausend bis einige Zehntausend Tonnen kosmischen Staubs auf die Erde. Die meisten dieser winzigen Teilchen stammen von Asteroiden und Kometen unseres Sonnensystems. Ein kleiner Teil kommt jedoch von fernen Sternen zu uns. Besonders interessant ist das darin befindliche Eisen-Isotop, Eisen-60. Natürliche irdische Quellen gibt es nicht. Explodierende Sterne, sogenannte Supernovae, schicken dagegen große Mengen an Eisen-60 auf die Reise. Forscher haben nun erstmals Eisen-60 in der Antarktis entdeckt.

Es begann im Jahr 2015: Sepp Kipfstuhl vom Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI), befand sich wieder einmal in der antarktischen Kohnen-Station, eine rund 750 Kilometer von der Neumayer-Station III entfernt gelegene Containersiedlung. Kipfstuhl untersuchte dort die Frage, wie sich Spurenstoffe im Eis ablagern. Ein Wunsch von Gunther Korschinek von der Technischen Universität München (TUM) kam ihm dabei als Abwechslung gerade recht. Er sollte 500 Kilogramm Schnee sammeln und in Kisten verpacken. Korschinek hatte bereits vor 20 Jahren Eisen-60 in Tiefseeablagerungen nachgewiesen.

Die Kohnen Station ist ca. 750 Kilometer von der Neumayer-Station III entfernt und ist nur im antarktischen Sommer sporadisch besetzt. Die Station kann bis zu 20 Bewohner beherbergt (Foto: Martin Leonhardt, AWI)

Eine Aufsehen erregende Entdeckung, denn die Forscher schlussfolgerten, dass vor rund zwei Millionen Jahren mehrere Supernovae in der Umgebung der Sonne explodiert sein müssen. Sie schlossen, das aus der Tiefe in einer Mangankruste, in der sie das Eisen-60 fanden, das sich über Jahrmillionen am Meeresboden abgelagert hatte. Korschinek fragte sich daraufhin, wo er vielleicht weitere Eisen-60-Ablagerungen finden könnte, als Zeugen dieser Sternenexplosionen, die in jüngerer Vergangenheit stattgefunden hatten. Ein schwieriges Unterfangen, weil der feine Staub aus dem Kosmos normalerweise in der Natur untergeht. Im reinen Schnee der Antarktis hingegen könnte er sich, so seine Überlegung, aufspüren lassen. „Also holten wir unsere Schaufeln raus und schippten Schnee“, erinnert sich Kipfstuhl. Anschließend machte sich die Probe im gefrorenen Zustand auf eine lange Reise. 

Per Flugzeug wurden die 25 Kisten an die antarktische Küste transportiert, gelangten von dort mit einem südafrikanischen Forschungsschiff nach Kapstadt und wurden schließlich über das AWI in Bremerhaven nach München transportiert.

Sepp Kipfstuhl ist ein deutscher Meteorologe und Glaziologe. Er war Mitglied des ersten westdeutschen Überwinterungsteams in der Antarktis auf der Neumayer-Station. Seine wissenschaftliche Arbeit hat wesentlich zum heutigen Verständnis von Prozessen in Schnee und Eis beigetragen.

Wissenschaftler verschiedener Institute haben dann den Schnee geschmolzen und mit feinen Papierfiltern die festen Bestandteile vom geschmolzenen Schnee getrennt. Selbst das gefilterte Wasser wurde weiterverwendet, um es mithilfe eines Rotationsverdampfers eindampfen. Schlussendlich konnte das extrem seltene Eisen-60 tatsächlich nachgewiesen werden.

Die Tatsache, dass das Eisen-60, das man auf der Erde findet, aus Supernova-Explosionen stammt, macht es so interessant für die Forscher. Dieses Isotop ist instabil und zerfällt; alle 2,6 Millionen Jahre halbiert sich eine ursprünglich vorhandene Menge. Sollte bei der Entstehung der Erde vor 4,6 Milliarden Jahren Eisen-60 vorhanden gewesen sein, so ist dies bis heute vollständig zerfallen. Weist man dieses Isotop irgendwo nach, so muss es nach astronomischen Maßstäben vor nicht allzu langer Zeit aus dem Weltraum gekommen sein. Allerdings rieselte dieses Eisen-60 nicht vor Jahrmillionen auf die Erde, denn der eingesammelte Schnee war nicht älter als 20 Jahre. Von sehr weit entfernten Supernovae scheint er nicht kommen, weil sich der Eisen-60-Staub sonst zu stark im Universum verdünnt hätte.

Quelle: AWI, Dr. Sepp Kipfstuhl

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