Erstmals Supernova auf der Erde erzeugt

Eine Supernova ist die gigantische Explosion eines sterbenden Sterns. Sie hinterlässt einen Nebel, in dem neue Sterne geboren werden können. Diese Naturgewalt konnten Physiker*innen der University Surrey in Großbritannien nun auf der Erde nachbilden. Das Forschungsteam um Gavin Lotay beschleunigte dafür einen Strahl an radioaktiven Ionen.

Während einer Supernova wird so viel Energie frei, dass sich Elemente bilden können, die schwerer sind als Eisen. Bei der Explosion werden Atome mit einer solchen Wucht herumgeschleudert, dass sie Bestandteile aneinander abgeben können. So entstehen neue, schwere Elemente.

Mysterium um p-Kerne

Es gibt aber auch etwa 30 p-Kerne, also besonders protonenreiche Isotope, wie Selen oder Quecksilber. Sie kommen natürlich im Universum vor. Da sie aber sehr selten sind, kann man bisher nicht erklären, wie sie entstehen.

Eine gängige Theorie ist, dass sie durch eine Kernreaktion, der Photodesintegration, gebildet werden. Dabei werden durch eine Explosion wie eine Supernova Bestandeile eines Kerns herausgeschlagen und so können p-Kerne entstehen. Dieser Vorgang wird Gamma-Prozess genannt.

Gamma-Prozess bildete Strontium-83

Mit dem Isoptop Seperator and Accelerator (ISAC) des kanadischen Forschungszentrums für Teilchenphysik TRIUMF konnten die Forscher*innen nun diesen Gamma-Prozess beobachten. Sie verwendeten einem Strahl geladener, radioaktiver Rubidium-83 Isotope und analysierten ihr Verhalten. Außerdem zogen die Forscher*innen theoretische Modelle und Daten von Meteoriten heran.

Sie stellten fest, dass die beim Experiment entstandene thermonukleare Reaktionsgeschwindigkeit viel geringer war, als bisher angenommen. Das sorgte für eine erhöhte Produktion des p-Kerns Strontium-84 durch den Gamma-Prozess. Diese erhöhte Produktionsrate konnten sie mit der Häufigkeit von Strontium-84 Vorkommen in Meteoriten abgleichen. Die Zahlen stimmten überein.

"Wichtiger Meilenstein"

„Die Kopplung eines hochauflösenden Gammastrahlen-Felds mit einem fortschrittlichen elektrostatischen Separator zur Messung von Gammaprozessreaktionen ist ein wichtiger Meilenstein in der direkten Messung astrophysikalischer Prozesse“, sagt Lotay in einem Statement.

Bisher seien solche Messungen nicht möglich gewesen. Die neue Methode habe nun eine Fülle an neuen Möglichkeiten für die zukünftige Forschung gebracht. Die Ergebnisse der Forschung wurden im Fachmagazin Physical Review Letters veröffentlicht.