Illustration einer heißen, dichten, sich ausdehnenden Trümmerwolke, die kurz vor ihrer Kollision von den Neutronensternen entfernt wurde. Bild über das Goddard Space Flight Center/CI Lab der NASA.
Duncan Brown, Syracuse University und Edo Berger, Harvard University
Seit Jahrtausenden suchen Menschen nach einem Weg, Materie in Gold zu verwandeln. Alte Alchemisten betrachteten dieses Edelmetall als die höchste Form der Materie., Im Laufe des menschlichen Wissens wichen die mystischen Aspekte der Alchemie den Wissenschaften, die wir heute kennen. Und doch blieb die Ursprungsgeschichte von Gold bei all unseren Fortschritten in Wissenschaft und Technologie unbekannt. Bis jetzt.
Schließlich wissen Wissenschaftler, wie das Universum Gold macht. Mit unseren fortschrittlichsten Teleskopen und Detektoren haben wir gesehen, wie sie im kosmischen Feuer der beiden kollidierenden Sterne entstanden sind, die zuerst von LIGO über die von ihnen emittierte Gravitationswelle entdeckt wurden.,
Die von GW170817 eingefangene elektromagnetische Strahlung bestätigt nun, dass Elemente, die schwerer als Eisen sind, nach Neutronensternkollisionen synthetisiert werden. Bild über Jennifer Johnson/SDSS.
Ursprünge unserer Elemente
Wissenschaftler konnten zusammensetzen, woher viele Elemente des Periodensystems stammen. Der Urknall erzeugte Wasserstoff, das leichteste und am häufigsten vorkommende Element. Wenn Sterne leuchten, verschmelzen sie Wasserstoff zu schwereren Elementen wie Kohlenstoff und Sauerstoff, den Elementen des Lebens., In ihren sterbenden Jahren erschaffen Sterne die üblichen Metalle-Aluminium und Eisen – und sprengen sie in verschiedenen Arten von Supernova-Explosionen in den Weltraum.
Seit Jahrzehnten theoretisieren Wissenschaftler, dass diese Sternexplosionen auch den Ursprung der schwersten und seltensten Elemente wie Gold erklärten. Aber ihnen fehlte ein Stück der Geschichte. Es hängt von dem Objekt ab, das durch den Tod eines massiven Sterns zurückgelassen wurde: einem Neutronenstern. Neutronensterne packen das Eineinhalbfache der Masse der Sonne in eine Kugel, die nur 10 Meilen lang ist. Ein Teelöffel Material von ihrer Oberfläche würde 10 Millionen Tonnen wiegen.,
Viele Sterne im Universum befinden sich in binären Systemen – zwei Sterne, die durch die Schwerkraft gebunden sind und sich umkreisen (denken Sie an die Sonnen von Lukes Heimatplaneten in „Star Wars“). Ein Paar massiver Sterne könnte schließlich ihr Leben als Neutronensternpaar beenden. Die Neutronensterne umkreisen sich seit Hunderten von Millionen von Jahren. Aber Einstein sagt, dass ihr Tanz nicht ewig dauern kann. Schließlich müssen sie kollidieren.
Massive Kollision, mehrere Wege erkannt
Am Morgen des August 17, 2017, passierte eine Welligkeit im Weltraum unseren Planeten., Es wurde von den Gravitationswellendetektoren LIGO und Virgo nachgewiesen. Diese kosmische Störung kam von einem Paar stadtgroßer Neutronensterne, die mit einem Drittel der Lichtgeschwindigkeit kollidierten. Die Energie dieser Kollision übertraf jedes Atom zerschlagende Labor auf der Erde.
Als Astronomen auf der ganzen Welt, einschließlich uns, von der Kollision hörten, sprangen sie in Aktion. Teleskope große und kleine scannten den Fleck des Himmels, wo die Gravitationswellen kamen aus., Zwölf Stunden später erblickten drei Teleskope einen brandneuen Stern – Kilonova genannt – in einer Galaxie namens NGC 4993, etwa 130 Millionen Lichtjahre von der Erde entfernt.
Astronomen hatten das Licht des kosmischen Feuers der kollidierenden Neutronensterne eingefangen. Es war an der Zeit, die größten und besten Teleskope der Welt auf den neuen Stern zu richten, um das sichtbare und infrarote Licht der Kollision zu sehen. In Chile schwenkte das Gemini-Teleskop seinen großen 26-Fuß-Spiegel auf die Kilonova. Die NASA steuerte den Hubble an den gleichen Ort.,
Film des sichtbaren Lichts von der Kilonova verblasst in der Galaxie NGC 4993, 130 Millionen Lichtjahre von der Erde entfernt.
Genau wie die Glut eines intensiven Lagerfeuers kalt und schwach wird, verblasst das Nachglühen dieses kosmischen Feuers schnell. Innerhalb weniger Tage verblasste das sichtbare Licht und hinterließ ein warmes Infrarotlicht, das schließlich auch verschwand.
Beobachten des Universums Schmieden Gold
Aber in diesem verblassenden Licht wurde die Antwort auf die uralte Frage, wie Gold hergestellt wird, kodiert.,
Strahlen Sie Sonnenlicht durch ein Prisma und Sie werden das Spektrum unserer Sonne sehen – die Farben des Regenbogens breiten sich von kurzwelligem blauem Licht zu langwelligem rotem Licht aus. Dieses Spektrum enthält die Fingerabdrücke der in der Sonne gebundenen und geschmiedeten Elemente. Jedes Element ist durch einen eindeutigen Zeilenabdruck im Spektrum gekennzeichnet, der die unterschiedliche atomare Struktur widerspiegelt.
Das Spektrum der Kilonova enthielt die Fingerabdrücke der schwersten Elemente im Universum., Sein Licht trug die verräterische Signatur des Neutronensternmaterials, das in Platin, Gold und andere sogenannte „r-Prozess“-Elemente zerfällt.
Sichtbares und infrarotes Spektrum der Kilonova. Die breiten Gipfel und Täler im Spektrum sind die Fingerabdrücke der schweren Elementbildung. Bild über Matt Nicholl.
Zum ersten Mal hatten die Menschen Alchemie in Aktion gesehen, das Universum verwandelte Materie in Gold. Und nicht nur eine kleine Menge: Dieser hat mindestens 10 Erden im Wert von Gold geschaffen., Sie könnten jetzt Gold-oder Platinschmuck tragen. Schau es dir an. Dieses Metall wurde im atomaren Feuer einer Neutronensternkollision in unserer eigenen Galaxie vor Milliarden von Jahren erzeugt – eine Kollision wie am 17.
Und was ist mit dem Gold, das bei dieser Kollision entsteht? Es wird in den Kosmos ausgeblasen und mit Staub und Gas aus seiner Wirtsgalaxie vermischt. Vielleicht wird es eines Tages Teil eines neuen Planeten sein, dessen Bewohner sich auf eine jahrtausendealte Suche begeben werden, um seinen Ursprung zu verstehen.,
Duncan Brown, Professor für Physik, Syracuse University und Edo Berger, Professor für Astronomie, Harvard University
Dieser Artikel wurde ursprünglich auf das Gespräch veröffentlicht. Lesen Sie den Originalartikel.
Mitglieder der EarthSky – Community – darunter Wissenschaftler sowie Wissenschafts-und Naturwissenschaftler aus der ganzen Welt-wiegen auf, was ihnen wichtig ist. Foto von Robert Spurlock.