Das Sonnensystem durchquert seit Jahrtausenden eine interstellare Staubwolke. Das Isotop Eisen-60 vom Meeresgrund lässt sich jedoch noch weiter zurückverfolgen.
Wenn ein massereicher Stern am Ende seines Lebens explodiert, entstehen gewaltige Staubwolkenfronten. Spuren solcher stellaren Überreste können auch auf die Erde gelangen. Ein Team um den österreichischen Physiker Anton Wallner hat nun in Tiefsee-Sedimenten winzige Mengen des Isotops Eisen-60 gefunden, die vom Nachhall einer Supernova-Staubwelle stammen dürften. Die Ergebnisse wurden im Fachjournal "PNAS" veröffentlicht.
Das Team um Wallner, der an der Australian National University in Canberra und am Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) forscht, untersuchte Sedimentproben, die rund 1.000 Kilometer vor der Südwestspitze Australiens entnommen wurden und bis zu 33.000 Jahre alt sind, nach Eisen-60. Dieses radioaktive Isotop hat eine Halbwertszeit von 2,6 Millionen Jahren und entsteht auf der Erde nicht auf natürlich Weise. Es wird fast nur in massereichen Sternen gebildet – und wird bei deren Explosion freigesetzt.
Lokale interstellare Wolke
In den letzten Jahrtausenden hat sich unser Sonnensystem durch eine dichte Gas- und Staubwolke bewegt, die als lokale interstellare Wolke bekannt ist, deren Ursprung aber unklar bleibt. Es wäre naheliegend, dass der Eisen-60-Niederschlag auf der Erde von dort stammt, so Wallner: "Wäre diese Wolke in den letzten Millionen Jahren aus einer Supernova entstanden, würde sie Eisen-60 enthalten."
Für ihre Studie untersuchten Wallner und Kollegen Sedimentbohrkerne aus der Tiefsee des Indischen Ozeans, die das Zeitfenster der letzten 33.000 Jahre umfassen – und wurden fündig. Alle untersuchten Sedimente beinhalteten Eisen-60, wenn auch in extrem niedrigen Konzentrationen: Insgesamt wies der Teilchendetektor nur neunzehn einzelne Eisen-60-Atome nach. Die Forscher errechneten daraus, dass in den vergangenen 33.000 Jahren insgesamt nur 60 Gramm Eisen-60 aus dem Sternenstaub verteilt über der gesamten Erde niedergegangen sind.
Älteres Echo
Die Verteilung des Isotops im Sediment lässt sich einzelnen Epochen zuordnen und bezeugt die jüngste Reise unseres Sonnensystems durch die lokale interstellare Wolke. Der Eisen-60-Eintrag ließ sich jedoch noch weiter zurückverfolgen, in eine Zeit, als sich unser Sonnensystem außerhalb der aktuellen interstellaren Wolke befand. Woher stammt das Isotop also? "Der jetzige Eintrag könnte ein Nachhall sein von Eisen-60 in Staubteilen, die von älteren Supernova-Explosionen stammen und im interstellaren Raum mehrmals reflektiert, also gewissermaßen herumgeschubst wurden", sagt Wallner. "Wir messen womöglich eine Art Echo dieser kosmischen Eruptionen."
Das Alter der Ablagerungen, in denen sich die Eisen-60-Atome befanden, hat Robin Golser von der der Universität Wien bestimmt. Dazu hat er mit Kollegen die Menge von anderen Isotopen mit langer Halbwertszeit in den Ablagerungen gemessen, die "in der Atmosphäre der Erde entstanden, und sicher nicht von außen kamen", so der Physiker. "Wenn man weiß, wie viel von ihnen noch da ist, kann man sagen, wie lange es her ist, dass sie eingebracht wurden." (red, APA, 31. 8. 2020)