Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Die ältesten Diamanten im Sonnensystem: Neue Erkenntnisse zum Vorleben

10.08.2001


Präsolares Diamant-Korn im Transmissions-Elektronen-Mikroskop. Hoch aufgelöstes Bild aufgenommen von F. Banhart (seinerzeit am Max-Planck-Institut für Metallforschung, Stuttgart). Zu sehen sind die kristallographischen [111]-Netzebenen.


Wissenschaftler des Karpov-Instituts für Physikalische Chemie (Moskau) und des Max-Planck-Instituts für Chemie (Mainz) berichten über neue Erkenntnisse zur Frühgeschichte präsolarer Diamanten, der am weitesten verbreiteten Art uns bekannter präsolarer Materie im Sonnensystem. Grundlage sind Simulationsexperimente, bei denen irdische Diamanten mit Edelgasionen beschossen wurden (Nature, 9. August 2001).

Ein herausragendes Ergebnis der modernen Meteoritenforschung ist die Erkenntnis, dass viele der primitiveren Meteorite Sternenstaub enthalten, Staubkörner präsolaren Ursprungs, die älter sind als das Sonnensystem. Geboren aus der Asche sterbender Sterne, haben diese Körner alle nachfolgenden Ereignisse im interstellaren Raum und Sonnensystem unbeschadet überstanden. Die isotopische Zusammensetzung ihrer Elemente ist Zeugnis der nuklearen Prozesse in Sternen, bei denen neue Elemente "geschmiedet" werden (Nukleosynthese). Umgekehrt kann unser Verständnis der Nukleosynthese Hinweise auf die stellaren Quellen der jeweiligen Körner geben. Aufbauend auf früheren Analysen von "Sternenstaub-Diamanten" durch die Max-Planck-Gruppe, haben jetzt Wissenschaftler des Karpov-Instituts für Physikalische Chemie und des Max-Planck-Instituts für Chemie Simulationsexperimente durchgeführt, bei denen terrestrische Diamanten mit Edelgasionen beschossen wurden. Die Untersuchung der so behandelten Diamanten ermöglicht Rückschlüsse auf Ereignisse in der Frühgeschichte der "Stern-Diamanten" (Nature, 9. August 2001).

Sternenstaub, wie er bis jetzt in Meteoriten identifiziert wurde, besteht aus chemisch und thermisch höchst stabilen Mineralen wie Diamant, Graphit, Siliziumkarbid, Korund (Aluminiumoxid) und Siliziumnnitrid. Obwohl die Diamanten zuerst entdeckt wurden und weitaus am häufigsten vorkommen (ca. 0,1 Gew.% in den primitivsten Meteoriten), wissen wir von ihnen doch am wenigsten. Der Hinweis, dass sie präsolaren Ursprungs sind, beruht allein auf der isotopischen Zusammensetzung einiger in Diamanten enthaltener Spurenelemente, insbesondere Spuren von Edelgasen wie Xenon. In der Tat ist es vor allem die ungewöhnliche isotopische Zusammensetzung des Xenons, die leichtesten und schwersten Isotope sind um ca. 100% angereichert, die eine Verbindung zu Supernova-Explosionen andeutet.

Unter diesen Umständen sollte es hilfreich sein, mehr über den Prozess des Einbringens der Fremdatome in die Diamanten zu wissen. Hierzu gibt es starke, jedoch bisher nur indirekte Hinweise, dass dies durch Ionenbeschuss geschah. Um diese Hypothese zu testen, führten die Wissenschaftler der russisch-deutschen Zusammenarbeit ein Simulationsexperiment durch: irdische Nanodiamanten von ähnlicher Größe wie die präsolaren (extrem klein, nur wenige Nanometer; s. Abbildung) wurden mit einer Edelgasmischung bestehend aus Helium-, Argon-, Krypton- und Xenonionen einer Energie von 700 Elektronenvolt bestrahlt; anschließend wurde die thermische Freisetzung der implantierten Edelgase untersucht. Zum einen zeigte sich, nicht unerwartet, dass die Ionen unter den gegebenen Bedingungen tatsächlich in die Nanodiamanten implantiert wurden. Überraschend jedoch war, dass die Freisetzung bimodal verlief: für einen Teil der Edelgase erfolgte sie im Temperaturbereich 200 bis 700 °C, für einen weiteren Teil oberhalb von 1000 °C. Diese Situation, nach einer einmaligen Bestrahlung mit Ionen, ist auf den ersten Blick ähnlich der Situation bei den präsolaren Diamanten, jedoch ist hier die Lage komplizierter. Im Fall der "Stern-Diamanten" müssen nämlich mindestens zwei Bestrahlungen stattgefunden haben, dies zeigen Unterschiede in der isotopischen Zusammensetzung der Edelgase: isotopisch "normale" Edelgase werden bei tiefer Temperatur freigesetzt, Edelgase mit vermutlichem Supernova-Ursprung bei höherer.

Wenn in der Tat Ionenimplantation der Prozess ist, mit dessen Hilfe Spurenelemente in die präsolaren Diamanten eingebracht wurden, und wenn, wie die Simulation andeutet, die mittels Ionenimplantation eingebrachten Fremdatome Plätze verschiedener thermischer Stabilität einnehmen, scheint der folgende Ablauf wahrscheinlich:

  • Diamant-Bildung, wahrscheinlich durch Kondensation;
  • Bestrahlung der Diamanten (oder eines Teils davon) mit Supernova-Spurenelementen;
  • Verlust des thermisch weniger fest gebundenen Teils des implantierten Supernova-Materials;
  • zusätzliche Bestrahlung der Diamanten zu einem späteren Zeitpunkt (oder eines anderen Teils davon zu einer weitgehend beliebigen Zeit) mit Spurenelementen normaler Isotopenzusammensetzung, vielleicht im interstellaren Raum oder im frühen Sonnensystem;
  • keine hohen Temperaturen mehr für längere Zeit (z.B. nicht mehr als ca. 10.000 Jahre bei mehr als 100 °C).

Eine weitere wichtige Information aus dem Simulationsprozess ist, dass der fester gebundene Teil der implantierten Edelgase in seiner Isotopenzusammensetzung fraktioniert ist gegenüber der Ausgangszusammensetzung. Sollte dies, wie zu erwarten, auch im Fall der Sternenstaub-Diamanten der Fall sein, bedürfen die bisher aus den Messdaten abgeleiteten Häufigkeiten und isotopischen Zusammensetzungen der Supernova-Implantate einer entsprechenden Korrektur. Wie bedeutend die Änderungen sind und ob sie von Bedeutung sind für das Verständnis der implizierten nuklearen Prozesse, bleibt im Detail noch zu klären.

Weitere Informationen erhalten Sie von:

Dr. Ulrich Ott
Max-Planck-Institut für Chemie, Mainz

... mehr zu:
»Diamant »Prozess »Sonnensystem

Tel.: +49 6131 305-366
Fax: +49 6131 305-575
E-Mail: ott@mpch-mainz.mpg.de

Dr. Peter Merlet | idw

Weitere Berichte zu: Diamant Prozess Sonnensystem

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Vorstoß ins Innere der Atome
23.02.2018 | Max-Planck-Institut für Quantenoptik

nachricht Quanten-Wiederkehr: Alles wird wieder wie früher
23.02.2018 | Technische Universität Wien

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Vorstoß ins Innere der Atome

Mit Hilfe einer neuen Lasertechnologie haben es Physiker vom Labor für Attosekundenphysik der LMU und des MPQ geschafft, Attosekunden-Lichtblitze mit hoher Intensität und Photonenenergie zu produzieren. Damit konnten sie erstmals die Interaktion mehrere Photonen in einem Attosekundenpuls mit Elektronen aus einer inneren atomaren Schale beobachten konnten.

Wer die ultraschnelle Bewegung von Elektronen in inneren atomaren Schalen beobachten möchte, der benötigt ultrakurze und intensive Lichtblitze bei genügend...

Im Focus: Attoseconds break into atomic interior

A newly developed laser technology has enabled physicists in the Laboratory for Attosecond Physics (jointly run by LMU Munich and the Max Planck Institute of Quantum Optics) to generate attosecond bursts of high-energy photons of unprecedented intensity. This has made it possible to observe the interaction of multiple photons in a single such pulse with electrons in the inner orbital shell of an atom.

In order to observe the ultrafast electron motion in the inner shells of atoms with short light pulses, the pulses must not only be ultrashort, but very...

Im Focus: Good vibrations feel the force

Eine Gruppe von Forschern um Andrea Cavalleri am Max-Planck-Institut für Struktur und Dynamik der Materie (MPSD) in Hamburg hat eine Methode demonstriert, die es erlaubt die interatomaren Kräfte eines Festkörpers detailliert auszumessen. Ihr Artikel Probing the Interatomic Potential of Solids by Strong-Field Nonlinear Phononics, nun online in Nature veröffentlich, erläutert, wie Terahertz-Laserpulse die Atome eines Festkörpers zu extrem hohen Auslenkungen treiben können.

Die zeitaufgelöste Messung der sehr unkonventionellen atomaren Bewegungen, die einer Anregung mit extrem starken Lichtpulsen folgen, ermöglichte es der...

Im Focus: Good vibrations feel the force

A group of researchers led by Andrea Cavalleri at the Max Planck Institute for Structure and Dynamics of Matter (MPSD) in Hamburg has demonstrated a new method enabling precise measurements of the interatomic forces that hold crystalline solids together. The paper Probing the Interatomic Potential of Solids by Strong-Field Nonlinear Phononics, published online in Nature, explains how a terahertz-frequency laser pulse can drive very large deformations of the crystal.

By measuring the highly unusual atomic trajectories under extreme electromagnetic transients, the MPSD group could reconstruct how rigid the atomic bonds are...

Im Focus: Verlässliche Quantencomputer entwickeln

Internationalem Forschungsteam gelingt wichtiger Schritt auf dem Weg zur Lösung von Zertifizierungsproblemen

Quantencomputer sollen künftig algorithmische Probleme lösen, die selbst die größten klassischen Superrechner überfordern. Doch wie lässt sich prüfen, dass der...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Von festen Körpern und Philosophen

23.02.2018 | Veranstaltungen

Spannungsfeld Elektromobilität

23.02.2018 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - April 2018

21.02.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Vorstoß ins Innere der Atome

23.02.2018 | Physik Astronomie

Wirt oder Gast? Proteomik gibt neue Aufschlüsse über Reaktion von Rifforganismen auf Umweltstress

23.02.2018 | Biowissenschaften Chemie

Wie Zellen unterschiedlich auf Stress reagieren

23.02.2018 | Biowissenschaften Chemie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics