Ein internationales Forscherteam, darunter Astrophysiker des HUN-REN Forschungszentrums für Astronomie und Geowissenschaften und der Universität Szeged, hat den Zeitrahmen für die Entstehung der Sonne bestimmt. Ihre Ergebnisse zeigen, dass die Sonne relativ schnell, innerhalb von 10 bis 20 Millionen Jahren, aus dem Gasmaterial ihres Entstehungsorts entstand und nicht isoliert geboren wurde, sondern innerhalb einer größeren Sternfamilie.
Im Verlauf ihrer Untersuchung maßen die Forscher zunächst den Zerfall vollständig ionisierter Thallium-Ionen mit Hilfe eines speziellen Teilchenbeschleunigers im GSI/FAIR-Labor in Deutschland. Basierend auf den experimentellen Ergebnissen berechneten sie die Menge an radioaktivem Blei (205Pb), das in den Innenbereichen von Sternen produziert wird. Die Forscher stellten einen Zeitrahmen für die Bildung der Sonne aus ihrem elterlichen Gasmaterial auf, der zwischen 10 und 20 Millionen Jahren liegt, wie in einer aktuellen Pressemitteilung des HUN-REN CSFK berichtet wird.
Um den Zeitrahmen der Entstehung der Sonne zu untersuchen, nutzen Astronomen den Zerfall langlebiger radioaktiver Kerne, die in anderen Sternen vor der Geburt der Sonne entstanden sind. Obwohl diese radioaktiven Kerne in den 4,6 Milliarden Jahren seit der Entstehung der Sonne bereits zerfallen sind, können ihre Zerfallsprodukte noch in Meteoriten nachgewiesen werden.
Radioaktives Blei (205Pb) dient als ideales Subjekt, da es der einzige radioaktive Kern ist, der ausschließlich in mittelmassigen Sternen, die etwa zwei bis viermal so massereich wie die Sonne sind, durch Neutroneneinfang entstehen kann.
Auf der Erde zerfällt radioaktives Blei (205Pb) in Thallium (205Tl), indem es ein atomar gebundenes Elektron einfängt, wodurch eines seiner Protonen in ein Neutron umgewandelt wird. In Sternen, wo die Temperaturen Hunderte von Millionen Grad Celsius erreichen können und alle Elektronen von Atomen abgerissen sind, kann der umgekehrte Prozess eintreten: 205Tl zerfällt in 205Pb. Dieser Zerfallsmodus ist außergewöhnlich selten.
Aufgrund des komplexen Verhaltens dieser beiden Kerne ist es nur möglich, die Menge an radioaktivem Blei, das in Sternen produziert wird, zu schätzen, wenn die Forscher verstehen, wie sich die Zerfallsraten der beiden Kerne mit der Temperatur im Inneren des Sterns ändern. Diese Zerfälle unter normalen Laborbedingungen zu messen, ist problematisch, da Thallium auf der Erde stabil ist.
Um diese Herausforderung zu überwinden, hat eine Gruppe von Forschern aus 37 Institutionen in 12 Ländern den Zerfall vollständig ionisierter Thallium-Ionen unter Verwendung des spezialisierten Teilchenbeschleunigers im GSI/FAIR-Labor in Deutschland gemessen. Dies erforderte, dass Thallium von allen seinen Elektronen befreit und mehrere Stunden in diesem speziellen Zustand gehalten wurde.
Die Astrophysiker, darunter Forscher des HUN-REN CSFK und der Universität Szeged, schätzten dann die Menge an radioaktivem Blei, die aus mittelmassigen Sternen ausgestoßen wird, indem sie neue Sternmodelle berechneten.
„Die verfeinerten Zerfallsraten ermöglichen es uns, mit hoher Sicherheit zu schätzen, wie viel radioaktives Blei (205Pb) in Sternen produziert wurde und in die Gaswolke, aus der unsere Sonne entstand, gelangte“, erklärte Balázs Szányi, Doktorand an der Universität Szeged.
„Im Vergleich zur Menge an radioaktivem Blei, die aus Meteoriten abgeleitet wird, haben wir festgestellt, dass die Sonne relativ schnell, innerhalb von 10 bis 20 Millionen Jahren, aus dem Gasmaterial ihres Entstehungsorts entstand. Dies steht im Einklang mit anderen radioaktiven Kernen, die in denselben Sternen entstanden sind, was darauf hindeutet, dass unsere Sonne nicht isoliert entstand, sondern als Teil einer großen Sternfamilie, zusammen mit zahlreichen Geschwistern, die sich längst zerstreut und verloren haben“, fasste Maria Lugaro, eine Forscherin am Institut für Astronomie, zusammen.
„Die bahnbrechenden experimentellen Einrichtungen, die interdisziplinäre Zusammenarbeit von Forschungsgruppen in der Kernphysik und Astrophysik weltweit und viel harte Arbeit tragen dazu bei, die nuklearen Prozesse zu verstehen, die im Inneren von Sternen ablaufen. Unser neues Experiment hat den Zeitrahmen der Ereignisse enthüllt, die vor 4,6 Milliarden Jahren zur Entstehung unserer Sonne führten“, betonte Guy Leckenby, Doktorand am kanadischen nationalen Teilchenbeschleunigerzentrum (TRIUMF) und erster Autor der Veröffentlichung.
Die Forscher widmen ihre Arbeit ihren verstorbenen Kollegen Fritz Bosch, Roberto Gallino, Hans Geissel, Paul Kienle, Fritz Nolden und Gerald J. Wasserburg, die diese Forschung über mehrere Jahrzehnte unterstützt haben.