Eine Sekunde, um zu vollenden, was das Universum in 10 Millionen Jahren aufgebaut hat

Die menschliche Einstellung zu Gold ist, gelinde gesagt, geradezu seltsam. Von den 118 bestätigten Elementen des Periodensystems steht Gold im Mittelpunkt wirtschaftlicher Aktivität und hat wahrscheinlich am meisten Blut, Schweiß und Tränen vergossen. Es ist zwar durchaus verständlich, dass es im Laufe der Geschichte als Zahlungsmittel verwendet wurde. Streicht man jedoch aus praktischen Gründen die Elemente aus dem Periodensystem, die bei Raumtemperatur gasförmig, flüssig oder giftig sind, die mit Wasser zu stark reagieren oder explodieren, ätzend oder radioaktiv sind, bleiben nur noch wenige nützliche Elemente übrig – und nur eines: Gold.

Auch die Alchemie, jener esoterische Glaube an die Umwandlung von Materie, der für die Entstehung der Chemie entscheidend war, dreht sich um das goldene Edelmetall. Angesichts der vielen Manuskripte seiner Arbeiten, die vor Jahren gefunden wurden, ist es nicht verwunderlich, dass selbst Isaac Newton , dem wir so viel für das Verständnis der Gesetze der Schwerkraft und des Verhaltens des Lichts verdanken, einen Großteil seiner Zeit und seines geistigen Raums der Alchemie widmete.

Astrophysiker haben längst (und wir denken nicht viel darüber nach) den Stein der Weisen entdeckt, der Sterne in Gold verwandelt : Sie heißen massereiche Sterne. Wir haben diesen Prozess nie direkt beobachtet, da die Sterne in ihrem Inneren undurchsichtig sind, aber wir wissen, wie er abläuft. Genau das werde ich beschreiben.

Behalten wir zunächst ein paar grundlegende Konzepte im Auge, die wir für die Entstehung dieser Geschichte benötigen. Das Leben eines Sterns beginnt mit der Zündung von Wasserstofffusionsreaktionen . Die Kernfusion stabilisiert einen Stern gegen die anhaltende Schwerkraft und findet hauptsächlich im innersten Teil des Sterns, in seinem Kern, statt. Nur dort ist es heiß genug, um Wasserstoff zu entzünden, ihn in Helium umzuwandeln und Energie freizusetzen. Zehn Prozent jedes Sterns dienen als Brennstoff und wandeln einen winzigen Bruchteil, nur 0,7 Prozent, seiner Ruhemasse pro Gramm in Energie um, und zwar mithilfe der wohl berühmtesten Formel der Physik (E = m c²).

Je mehr Masse ein Stern zu Beginn seines Lebens hat, desto kürzer ist seine Lebensdauer. Man könnte meinen, je mehr Masse, desto mehr Brennstoff benötigt er zum Leuchten. Das stimmt zwar, aber wir müssen auch bedenken: Je größer die Masse, desto höher die im Kern erreichte Temperatur, desto effizienter der Prozess und desto schneller wird der Brennstoff verbraucht. Mehr als 90 % der Lebensdauer eines Sterns vergeht auf diese Weise; die Sonne verhält sich heute genauso . Die Energiemenge, die sie verliert, ist das, was sie abstrahlt, was wir sehen und was sie zum Leuchten bringt.

Und solange er über genügend Masse verfügt, besteht die Entwicklung eines Sterns, von seinem Maschinenraum, seinem Kern aus betrachtet, aus aufeinanderfolgenden Episoden nuklearen Verbrauchsbrennens, unterbrochen von Zuständen der Gravitationskontraktion.

Der Kern erwärmt sich mit zunehmendem Alter des Sterns aufgrund der Kontraktion, um weiterhin Kernbrennstoffe zu produzieren. Jede Fusionsreaktion erzeugt Eisengruppenelemente und setzt Energie frei. Reaktionen, die Eisen oder schwerere Elemente als Brennstoff verwenden, absorbieren diese jedoch.

Und von hier aus wird der Eisenkern, dessen Aufbau zehn Millionen Jahre gedauert hat , innerhalb von Sekunden zerstört. In buchstäblich einer Zehntelsekunde erreicht die Temperatur in einem ultraheißen Kern fünf Milliarden Grad. Die bei diesen Temperaturen erzeugte Strahlung ist so hoch, dass sie Photonen im Gammastrahlenbereich aussendet, die mit den Eisenatomen kollidieren und diese photochemisch zerlegen, wobei sie in Heliumteilchen zerlegt werden (pro Eisenatom entstehen 13 Heliumatome, außerdem werden Neutrinos freigesetzt).

Die Photodesintegration ist für den Stern wie eine schwere Fliege, die auf eine Hand trifft. Auf Wiedersehen, au revoir , es ist vorbei . Denn dann, buchstäblich in einer weiteren Zehntelsekunde, wird der Kern so dicht, dass Elektronen und Protonen (von denen wir seit frühester wissenschaftlicher Bildung wissen, dass sie sich gegenseitig abstoßen) sich zwangsläufig nähern müssen. Und sie tun dies so stark, dass sie dabei Neutronen bilden und eine enorme Menge an Neutrinos freisetzen, die Energie abtransportieren.

Der Punkt ist: Sobald wir diesen Punkt erreichen, hört die Kontraktion auf, und hier beginnt das Chaos. Erwähnen wir vorab: Bei ausreichender Masse würde die Kontraktion weitergehen und ein stellares Schwarzes Loch entstehen. 0,25 Sekunden nach Beginn der schnellen Kontraktion bildet sich ein Neutronenstern, der in seinem Kern die Dichte von Atomkernen erreicht. Das ist keine Alliteration: Der Größte hat die Dichte des Kleinsten erreicht.

Nehmen wir jedoch an, dass während der Kontraktion des Sternkerns der Druck in seiner Umgebung abnimmt. Dadurch beginnt das Material, das diesen Bereich umgibt und Teil der Sternstruktur ist, mit hoher Geschwindigkeit zu „fallen“ – die Geschwindigkeit kann 15 Prozent der Lichtgeschwindigkeit erreichen. Sobald die Kontraktion des Kerns stoppt, kommt es innerhalb von Sekundenbruchteilen zu einer Veränderung: Das in den Kern fallende Material prallt zurück und wird nach außen, in Richtung Sternoberfläche , gedrückt. Dies wird durch die im Kern freigesetzte Energie und die freigesetzten Partikel unterstützt.

Während der Bewegung trifft sie auf immer dünnere Schichten, was eine Stoßwelle auslöst, wenn sie die Schallgeschwindigkeit im Medium überschreitet. Innerhalb weniger Stunden erreicht sie die Oberfläche, und die Energie entweicht in einem Lichtstrom. Eine Supernova ist entstanden . Wir nennen sie Kernkollaps-Supernova, da es noch weitere Arten gibt.

Diese Schockwelle ist sehr wichtig; sie ist der einzige Ort im Universum, an dem Gold, Quecksilber, Uran, Zink, Silber und Zinn entstehen können. Man könnte sagen, diese Schockwelle ist der Stein der Weisen, nach dem die Alchemisten suchten.

„Kosmische Leere“ ist eine Rubrik, die unser Wissen über das Universum in qualitativer und quantitativer Hinsicht darstellt. Sie zielt darauf ab, die Bedeutung des Verständnisses des Kosmos nicht nur aus wissenschaftlicher, sondern auch aus philosophischer, sozialer und wirtschaftlicher Sicht zu erklären. Der Name „kosmische Leere“ bezieht sich auf die Tatsache, dass das Universum leer ist und größtenteils leer ist, mit weniger als einem Atom pro Kubikmeter, obwohl es in unserer Umgebung paradoxerweise Trillionen Atome pro Kubikmeter gibt, was zum Nachdenken über unsere Existenz und die Präsenz von Leben im Universum anregt. Die Rubrik besteht aus Pablo G. Pérez González , Forscher am Zentrum für Astrobiologie, und Eva Villaver , stellvertretende Direktorin des Instituto de Astrofísica de Canarias.