Supernovae

So entstand das Seltenerdmetall Ytterbium im Weltraum

Robert Klatt

Eine Analyse von Lichtspektren massereicher Riesensterne zeigt, dass das Seltenerdmetall Ytterbium in Supernovae entsteht.

Lund (Schweden). Das Element Ytterbium (Ordnungszahl 70) ist das zweitschwerste Lanthanoid. Benötigt wird das rare Seltenerdmetall etwa in Feststofflasern und in Experimenten der Quantenphysik. Diese nutzt unter anderem ultrakalte Wolken aus Ytterbium-Atomen zur hochpräzisen Zeitmessung mit der n Quanten-Atomuhr oder zur Erzeugung von Zeitkristallen aus Ytterbium-Ionen.

Besonders ist das Element auch wegen seiner Herkunft im Weltraum. Ein Großteil der leichteren Elemente bildet sich bei der Kernfusion in sonnenähnlichen Sternen oder beim langsamen Neutroneneinfang (s-Prozess) in Roten Riesen. Gold, Platin, Uran und andere schwere Elemente entstehen hingegen beim schnellen Neutroneneinfang (r-Prozess), einem Prozess, der nur in neutronendichten Ereignissen wie einer Neutronensternkollision oder einer Supernova stattfindet.

Entstehung von Ytterbium

Einige Elemente des Periodensystems befinden sich jedoch im Mittelfeld. Ein Teil ihrer Atome könnte also aus einer Supernova und ein Teil aus einem Roten Riesen stammen. Um zu ermitteln, welcher Anteil überwiegen, haben Wissenschaftler der Lund University nach Hinweisen in der Milchstraße gesucht. Dazu analysierten sie laut ihrer Publikation auf dem Preprint-Server arXiv die Lichtspektren von 30 massereichen Riesensternen.

„Indem wir Sterne aus verschieden alten Regionen der Milchstraße untersuchen, können wir ermitteln, wie schnell der Ytterbiumgehalt der Galaxie anstieg“, erklärt Martin Montelius. Sollte Ytterbium hauptsächlich beim schnellen Neutroneneinfang entstehen, wäre das Element schon deutlich vor Elementen vorhanden, die erst nach dem Ausbrennen massearmer Sterne entstehen.

r-Prozess überwiegt bei Entstehung des Seltenerdmetalls

Die Analyse zeigt, dass Ytterbium überwiegend im energiereicheren r-Prozess entsteht. Das Element wird demnach hauptsächlich in Supernovae massereicher Sterne gebildet. „Allerdings spielt auch der s-Prozess eine gewisse Rolle beim Ytterbium, wie es auch die theoretischen Modelle vorhersagen“, erklären die Autoren.

Die Methode der Astronomen kann überdies dazu verwendet werden, die Ursprungsorte von weiteren Elementen mit unklaren Bildungswegen zu untersuchen. Außerdem ist auch ein umgekehrter Nachweis möglich, bei dem Ytterbium in Sternen dabei helfen könnte, deren Geschichte und ihren Ursprungsort im Universum zu rekonstruieren.

arXiv, doi: 2202.00691

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