Astrophysik Aus dem Bauch heraus: Wie sterbende Sterne die Grundlage für das Leben liefern

Kohlenstoff ist nicht nur die Grundlage für fortschrittliche Materialtechnik, sondern auch für alles Leben. Forschende haben jetzt herausgefunden, wo genau das Element entsteht.

Supernova: Weißer, flacher Dunsttreifen mit rötlichen Elementen als Art liegende Scheibe vor schwarzem Hintergrund mit vielen Sternenpünktchen
Supernova kurz vom Ende des Sterns – aber er hinterlässt vielleicht Kohlenstoff für die Nachwelt. Bildrechte: Imago/A.Block

Möchte man die Geschichte von Kohlenstoff erzählen, kann man eigentlich auch gleich die Geschichte von allem erzählen. Vom harten und zugleich leichten Baumaterial, von der Jagd auf Diamanten, von der im Klimawandel-Diskurs präsenten Verbindung mit Sauerstoff zu CO2, schlichtweg als Grundlage allen Lebens auf der Welt oder als der Rohstoff, aus dem Sonne und Planeten entstanden sind. Und überhaupt als Grundlage von eigentlich allem.

Kohlenstoff – kurz vorm Ende des Sterns

Nur, wo kommt das Zeug eigentlich her? Irgendwo von den fernen Sternen, das wusste auch schon David Bowies Ziggy "Sternenstaub" Stardust. Der Rest sind Vermutungen: Einige Astrophysikerin sahen eher massearme Sterne verantwortlich, die ihre kohlenstoffreichen Hüllen von Sternenwinden verwehen ließen, andere massereiche Sterne, in deren Winden Kohlenstoff kurz vor der Supernova-Explosion entsteht.

Was ist Kohlenstoff?

Das chemische Element wird mit dem Symbol C abgekürzt und kommt in der Natur zum einen als reiner Stoff vor, zum anderen aber auch in Verbindung mit anderen Elementen. Beispiele für die Reinform sind Diamanten oder Graphit. Gebundene Formen sind CO2, Kohle und Erdöl. Kohlensstoff hat zwar die meisten Variationen aller Elemente was die Verbindung mit anderen Elementen betrifft (und ist damit die Basis allen Lebens), in der geologischen Beschaffenheit unserer Erde ist sein Anteil aber nur gering. Anders im menschlichen Körper. 9,5 Prozent der Atome in uns sind Kohlenstoffatome. Aber sie machen 28 Prozent des Gewichts aus.

Um dem Element des Lebens auf die Schliche zu kommen, hat ein Forschungsteam der US-amerikanischen Johns Hopkins-Universität weiße Zwerge in der Milchstraße unter die Lupe genommen und sie vom Keck-Oberservatorium auf Hawaii aus beobachtet. Dabei haben sie bisherige Annahmen widerlegt. Die besagten nämlich: Je massiver ein Stern bei seiner Geburt, desto massiver der weiße Zwerg, der nach dem Tod des Sterns – also nach der Supernova – zurückbleibt. Die Forschenden fanden stattdessen heraus, dass die beobachteten Sterne massereichere Überreste hinterließen, als durch die bisherige Formel angenommen.

Was Gutes hinterlassen

Daraus schließt das Forschungsteam, dass die Sterne kurz vor ihrem Tod ein fast schon liebevolles Verhalten an den Tag legen. Sie vermuten, dass sie in der letzten Phase ihres Sternendaseins neue Kohlenstoffatome in ihrem heißen Inneren produzieren, sie an die Oberfläche transportieren und durch sanfte Sternenwinde in den interstellaren Raum tragen lassen. Um aus dem Sternenbauch heraus etwas für die Nachwelt zu hinterlassen, sozusagen.

Die Erkenntnisse helfen auch, die Eigenschaften von fernen Galaxien zu verstehen. So schließen die Forschenden darauf, dass Licht, das von fernen Galaxien stammt, zu einem Teil auf die Kohlenstoffproduktion sterbender Sterne zurückzuführen ist. Damit ist auch gleich klar, wo im Weltall die Maschinen gerade auf Hochtouren laufen, damit es schnell Nachschub gibt, für die Grundlagen von eigentlich allem.

flo

Link zur Studie

Die Studie Carbon star formation as seen through the non-monotonic initial–final mass relation erschien am 6. Juli 2020 im Fachblatt Nature Astronomy. DOI: 10.1038/s41550-020-1132-1

3 Kommentare

MDR-Team vor 4 Wochen

Hallo omg,
Vielen Dank für Ihre Anregungen! Es freut uns, dass Sie bereits über so viel Vorwissen verfügen und Ihnen einige Dinge bereits bekannt sind. Bitte bedenken Sie, dass das nicht auf alle Nutzerinnen und Nutzer zutrifft und wir komplizierte Sachverhalte in ihrer Komplexität soweit reduzieren müssen, dass die Kernbotschaft schnell erfasst werden kann. Ob "liebevolles Verhalten" und "sanfte Sternenwinde" in diesem Zusammenhang unsinnige Formulierungen sind, sollten Sie allerdings uns überlassen. Dass es sich dabei um keine astrophysischen Begriffe handelt, ist indiskutabel. Für interessierte Nutzer wie Sie verweisen wir explizit auf Abstract und Studie als empfehlenswerte weiterführende Lektüre – der Sie sich ja auch gewidmet haben.
LG, das MDR-Wissen-Team

omg vor 4 Wochen

Nachtrag: nach Ansicht des Abstracts der Studie verstehe ich Folgendes: Leichtere Sterne bis etwa 1.8 Sonnenmassen initial erreichen nicht die Phase des Kohlenstoffbrennens und stoßen relativ weniger Masse ab als initial etwas schwerere Sterne, die daher am Ende leichter sind als die Sterne mit anfangs etwa 1.8 oder knapp weniger Sonnenmassen.
War es das, was Sie in Ihrem Beitrag zum Ausdruck bringen wollten?

omg vor 4 Wochen

Ziztat: "Dabei haben sie bisherige Annahmen widerlegt. Die besagten nämlich: Je massiver ein Stern bei seiner Geburt, desto massiver der weiße Zwerg, der nach dem Tod des Sterns – also nach der Supernova – zurückbleibt." Eine Widerlegung müßte entweder besagen, die Masse des Überrestes sei unabhängig von der Anfangsmasse, oder aber, die Masse des Überrestes is um so kleiner, je größer die Anfangsmasse. Stattdessen lesen wir im Artikel: "Die Forschenden fanden stattdessen heraus, dass die beobachteten Sterne massereichere Überreste hinterließen, als durch die bisherige Formel angenommen. " Hm, das ist so wie es da steht, keine Widerlegung der Aussage "je schwerer am Anfang, desto schwerer am Ende". Auch "liebevolles Verhalten" und "sanfte Sternenwinde" sind unsinnige Bezeichnungen. Daß alle Elemente schwerer als He und leichter als Fe prinzipiell am Ende der Sternenentwicklung entstehen ist längst bekannt.