Gesteinsproben

Plutonium der Erde stammt von Neutronensternen

Robert Klatt

Das Plutonium der Erde entstand laut Gesteinsproben beim Verschmelzen von Neutronensternen.

Dresden (Deutschland). Uran, Plutonium und viele andere schwere Elemente entstehen durch den sogenannten r-Prozess, bei dem Atomkerne relativ schnell Neutronen einfangen. Dies geschieht aber nur unter Extrembedingungen, bei einer hohen Dichte vorhandener Neutronen und sehr hohen Temperaturen. Ob dafür eine Supernova-Explosion ausreicht oder ob der r-Prozess zwei Neutronensterne, die in einer Kilonova verschmelzen, benötigt, konnte die Forschung bisher nicht vollständig klären.

Weil das radioaktive Plutonium sehr langsam zerfallen, können die aktuellen Spuren des Metalls nicht seit der Entstehung der Erde vor Milliarden Jahren in der Erdkruste vorhanden sein. Demnach muss Plutonium aus kosmischen Events stammen, wenn es nicht durch menschliche Aktivitäten erzeugt wurde.

Zehn Millionen Jahre altes Gestein

Wissenschaftler der Australian National University in Canberra und des Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) haben deshalb eine Bohrprobe der Erdkruste unter dem Grund des Pazifiks nach Spuren solcher Novae untersucht. Laut ihrer Publikation im Fachmagazin Science analysierten sie dazu den Gehalt von Eisen- und Plutoniumisotopen in der über zehn Millionen Jahre alten Gestein.

Der Fokus lag dabei auf dem langlebigen radioaktiven Isotop Eisen-60 (Fe-60). „Der Anteil des Eisen-60 aus dem Weltraum in der Kruste ist nur ein Millionstel eines Milliardstels der Menge des normalen Eisens, das auf der Erde natürlich vorkommt“, erklärt Anton Wallner. Laut den Forschern ist das in den Bohrkernen gefundene Fe-60 ein klarer Beleg für eine Supernova in der Nähe der Erde. Besonders viel Fe-60 wurde in Segmenten der Probe gefunden, die vor sieben Millionen Jahren und vor vier bis einer Million Jahre entstanden.

Plutonium-244

Überdies fanden die Wissenschaftler einige Atome des Isotops Plutonium-244 (Pu-244), das ebenfalls im r-Prozess gebildet wird. „Es ist das erste Mal, dass Spuren in geologischen Archiven der Erde – wie etwa unserem Krustenmaterial – so deutlich gefunden wurden“, erklärt Wallner.

Die Analyse des Gesteins belegt außerdem, dass Fe-60 stets von einer niedrigeren Menge Pu-244 begleitet wird. Es ist demnach wahrscheinlich, dass beide Isotope in derselben Supernova entstanden sind. Weil Pu-244 nur in sehr geringen Mengen vorkommt, halten es die Wissenschaftler aber für unwahrscheinlich, dass der r-Prozess hauptsächlich im Umfeld einer Supernova abläuft. Stattdessen hält sowohl das Team als auch eine Reihe weiterer Studien das Verschmelzen von Neutronensternen als Hauptquelle von Elementen wie Plutonium.

Science, doi: 10.1126/science.aax3972

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