Supernova löste Geburt unseres Sonnensystems aus

Washington, DC (USA) - Die Herkunft unseres Sonnensystems liegt noch immer im Dunkeln. So viel ist klar: Vor seiner Geburt muss sich in eine Molekülwolke mit leichteren Elementen ein guter Anteil schwerer Elemente gemischt haben. Dabei bestehen zwei Möglichkeiten, ob diese Vermischung erstens durch die Stoßwelle einer Supernova oder zweitens durch die abgestoßenen Gashüllen eines alten, heißen Sterns in der kosmischen Nachbarschaft geschehen ist. Beide Ereignisse könnten die Molekülwolke genügend durcheinandergewirbelt und dadurch instabil gemacht haben, um den Entstehungsprozess zu einem Planetensystem einzuleiten. Wie amerikanische Forscher in der Fachzeitschrift „Astrophysical Journal Letters“ berichten, zeigen ihre dreidimensionalen hydrodynamischen Simulationen, dass wahrscheinlich die Schockwelle einer Supernova-Explosion den Keim zu unserem Sonnensystem gelegt hat.

„Die Anzeichen sprechen dafür, dass eine Supernova der Auslöser war“, so Alan Boss vom Carnegie-Institut. Als wichtiges Indiz zur Bestimmung der Frühgeschichte unseres Sonnensystems gilt die Häufigkeit eines bestimmten radioaktiven Eisen-Isotops, das nur in Supernovae oder schweren Sternen gebildet wird. Dieses Isotop ist im Gegensatz zu normalem Eisen nicht stabil, sondern radioaktiv, und zerfällt innerhalb weniger Millionen Jahre zu Nickel. In astronomischen Maßstäben ist dies ein sehr kurzer Zeitraum. Die ursprüngliche Zusammensetzung an Elementen lässt sich heute noch an bestimmten Typen uralter Meteoriten ablesen, die in der Frühzeit unseres Universums entstanden sind. Praktisch alle der damals vorhandenen radioaktiven Elemente, wie sie in Supernovae entstehen, sind zwar mittlerweile zerfallen. Aus den Mineralproben in diesen Meteoriten lässt sich aber bestimmen, aus welchen Elementen unser Sonnensystem ursprünglich bestand.

Damit können Forscher auch Aussagen über die Dynamik des frühen Sonnensystems machen. Denn das Zeitfenster, in dem bestimmte radioaktive Elemente in das Kristallgitter der Meteoriten eingebaut wurden, ist durch ihre Halbwertszeit begrenzt. In den aufwendigen Simulationen müssen deshalb zahlreiche Parameter abgeglichen werden, um die Durchmischung von Molekülwolken und einfallender Stoßfront mit den passenden Elementhäufigkeiten erklären zu können. In einer typischen Simulation ließen die Forscher die Schockwelle einer gut 16 Lichtjahre entfernten Supernova-Explosion auf eine ausgedehnte Molekülwolke prallen und untersuchten den genauen Ablauf über einige zehntausend Jahre.

Eine Supernova-Stoßfront enthält viele schwere und radioaktive Elemente, ist viele hundert Grad Celsius heiß und bewegt sich mit 40 Kilometern pro Sekunde durch den interstellaren Raum. Eine solche Schockwelle ist dabei deutlich weniger dicht als die abgestoßenen Gashüllen ausbrennender Sterne. Deshalb schiebt sie die Molekülwolke weniger stark vor sich her. An einigen Stellen ergeben sich Turbulenzen und Einstülpungen, bei denen das Supernova-Material tief in die Materie der Wolke eindringt und sich mit dieser vermischt. Durch die Zusammenstauchung wird die Molekülwolke instabil und beginnt aufgrund ihrer eigenen Schwerkraft, sich immer stärker zusammenzuziehen. Nach etwa 60.000 Jahren ist die Dichte in einem Kernbereich schon enorm gestiegen. Aus diesem Samenkorn, das etwa die Ausdehnung vom hundertfachen Abstand Sonne-Erde besitzt, entstehen später Sonne und Planeten. Mit ihren dreidimensionalen Simulationen können die Forscher nun daran gehen, die Feinabstimmung der Elementhäufigkeiten in unserem Sonnensystem zu untersuchen.