Forscher beobachten erstmals kosmische Kernspaltung

Kernfusion ist im Weltraum quasi allgegenwärtig. Auf unserer Sonne verschmelzen Wasserstoffatome zu Helium, wodurch Energie freigesetzt wird und das Leben auf der Erde erst möglich machen. Kernspaltung ist allerdings ein anderes Thema, es konnte bisher im All noch nie beobachtet werden. Astronom*innen sind der Kernspaltung im Kosmos nun aber auf der Spur. 

"Leute haben geglaubt, dass Kernspaltung im Kosmos stattfindet, aber bis heute war niemand in der Lage, sie zu beweisen", sagt Matthew Mumpower, Wissenschaftler am Los Alamos National Laboratory, in einer Aussendung. Er und andere Forscher*innen untersuchte Daten zu einer breiten Palette von Elementen in sehr alten Sternen. Dabei entdeckten sie erste Hinweise darauf, dass bei der Verschmelzung von Neutronensternen Atomkerne auch gespalten werden. 

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Diese Erkenntnisse könnten dazu beitragen, das Rätsel zu lösen, woher die schweren Elemente des Universums stammen. Das bedeutet auch, dass die Natur in der Lage ist, überschwere Atomkerne jenseits der schwersten Elemente unseres Periodensystems zu produzieren. Diese haben allerdings nur eine sehr geringe Lebensdauer.

Eisen ist das schwerste Element aus Kernfusion

Auch durch Kernfusion können schwere Elemente entstehen. Das "schwerste" davon ist Eisen mit 26 Protonen und 30 Neutronen. Bisher wurde angenommen, dass schwerere Elemente in seltenen Supernovae oder bei der Verschmelzung von 2 Neutronensternen entstehen. 

Neutronensterne entstehen, wenn massereiche Sterne das Ende ihrer Brennstoffvorräte erreichen, die für die Kernfusion erforderlich sind. Ihre eigene Schwerkraft lässt sie dann kollabieren. Sterne mit der bis zu zweifachen Masse unserer Sonne schrumpfen dadurch auf die Größe einer Kugel mit etwa 20 Kilometern Durchmesser zusammen. Dieser Kollaps passiert so schnell, dass Elektronen und Protonen so dicht zusammengedrängt werden, dass daraus Neutronen entstehen, die dem neuen Stern seinem Namen geben. Ein Esslöffel dieser Masse würde auf der Erde mehr als 1 Milliarde Tonnen wiegen.

Atomarer Fingerabdruck lässt auf Kernspaltung schließen

Kollidieren 2 Neutronensterne miteinander, werden Unmengen an Neutronen wieder freigesetzt. Diese freien Neutronen werden von anderen Atomkernen in der Umgebung eingefangen und bilden superschwere, aber instabile Elemente. Diese überschweren Elemente können dann durch Kernspaltung in leichtere, stabile Elemente wie Gold zerfallen. Auch leichtere Metalle wie Ruthenium, Rhodium, Palladium und Silber entstehen dabei, sowie Kerne von Seltenen Erden wie Europium, Gadolinium, Dysprosium und Holmium. Das sagte bisher zumindest die Theorie.

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Die Forscher*innen sahen sich nun 42 Sterne an und fanden diese Elemente in genau jenen Verhältnissen, die auf eine Kernspaltung schließen lassen. "Jedes Mal, wenn die Natur ein Silberatom produziert, produziert sie im gleichen Verhältnis auch schwerere Seltene-Erden-Kerne", sagt Mumpower. "Wir haben gezeigt, dass nur ein einziger Mechanismus dafür verantwortlich sein kann - die Kernspaltung." Die Studie wurde im Wissenschaftsjournal Science veröffentlicht.