Vor mehr als 100 Millionen Jahren kam es in der Nähe unseres Sonnensystems zu einem sehr seltenen und dramatischen Ereignis, einem sogenannten r-Prozess. Die Spuren davon hat ein deutsch-australisches Team auf dem Grund des Zentralpazifiks gefunden.

Das Team des Helmholtz-Zentrum Dresden - Rossendorf (HZDR) und der Universitäten von Canberra und Sydney hat Eisen-Mangan-Krusten untersucht, mineralische Ablagerungen aus der Tiefsee. Darin fanden sie neben Spuren der radioaktiven Isotope Eisen-60 und Curium-247 auch das sehr seltene und langlebige Plutonium-244.

Letzteres entsteht in einem r-Prozess, eine Abkürzung für Rapid Neutron-Capture Process. Das ist ein Neutroneneinfangprozess, der bei hohen Neutronen-Dichten und Temperaturen abläuft und bei dem ein Atomkern in sehr kurzer Zeit extrem viele Neutronen einfängt. „Unsere Ergebnisse deuten darauf hin, dass das Plutonium aus sehr seltenen kosmischen Explosionen stammt, wie sie etwa beim Verschmelzen zweier Neutronensterne oder sehr energiereichen Supernovae auftreten würden“, sagt Anton Wallner, Leiter der Abteilung Beschleuniger-Massenspektrometrie und Isotopenforschung am HZDR.

Danach habe sich das im interstellaren Medium verteilt und sei über Millionen Jahre hinweg kontinuierlich auf die Erde herabgeregnet, sagte Wallner weiter. Daraus schloss das Team, dass das Isotop bei einem Prozess entstand, der vergleichsweise lang her ist, denn nur so hatte das Isotop genügend Zeit gehabt, sich wie ein gleichmäßiger Schleier im interstellaren Medium zu verteilen. Aus der Halbwertszeit von Plutonium-244, die bei 80 Millionen Jahren liegt, ermittelten die Forscher, dass das r-Prozess-Ereignis – das letzte in unserer kosmischen Nachbarschaft -– vor mehr als 100 Millionen Jahren stattfand.

Zwei erdnahe Supernovae

Das Eisen-60, das die Forscher ebenfalls in der Kruste nachwiesen, stammt hingegen von deutlich jüngeren Ereignissen: Das Isotop war in zwei Zonen konzentriert, anders als das gleichmäßig verteilte Plutonium. Der Eisen 60-Verlauf zeige zwei eindeutige Signaturen erdnaher Supernova-Explosionen, teilte das Team mit. Diese müssen aber jüngeren Datums sein, da die Halbwertszeit von Eisen-60 nur 2,62 Millionen Jahre beträgt.

Eisen-Mangan-Krusten sind Ablagerungen der Metalle aus dem Meerwasser. Sie wachsen millimeterweise über Millionen Jahre. Dabei nehmen sie auch Stoffe aus ihrer Umgebung auf und lagern sie ein, darunter auch Isotope aus dem Weltall.

Deren Konzentration ist dabei äußerst gering: ein Plutonium-Atom zwischen rund zehn Trilliarden anderer Atome. Erst seit kurzem steht die Technik zur Verfügung, um solche geringen Mengen zu detektieren. „Wir brauchen nur 100 Plutonium-Atome in der Endprobe, um eines davon im Detektor einzufangen. Diese Sensitivität ist weltweit einzigartig“, sagt Michael Hotchkis, leitender Wissenschaftler am VEGA. Das Instrument der Australian Nuclear Science and Technology Organisation in Sydney ist die derzeit einzige Maschine, die empfindlich genug ist, derartige kosmische Spuren nachzuweisen.

Die Verschmelzung von Neutronensternen ist sehr selten. Zwei Ereignisse dieser Art wurden in den vergangenen letzten Jahren anhand von Gravitationswellen erfasst. Sie fanden aber beide in anderen Galaxien statt.

(wpl)