Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Heidelberger Forscher analysieren chemische Zusammensetzung von Weltraumstaub jenseits des Sonnensystems

15.04.2016

Untersucht wurden äußerst seltene und extrem kleine Partikel, die die Sonde „Cassini“ identifiziert hat

Ein in Heidelberg konstruierter Staubdetektor auf der Raumsonde „Cassini“ – der Cosmic Dust Analyser (CDA) – hat mehrere extrem kleine und sehr seltene Partikel interstellaren Staubs aus dem Raum außerhalb unseres Sonnensystems identifiziert und deren chemische Zusammensetzung gemessen.


Grafik: ESA

Der Staubdetektor auf der internationalen Cassini Raumsonde hat die schwache Signatur aufgespürt, die von Staub außerhalb unseres Sonnensystems stammt, von der lokalen interstellaren Wolke: eine fast leere Blase von kosmischem Gas und Staub, durch die wir mit unserem Sonnensystem reisen. Die Graphik zeigt die Position von Saturn und unserem Sonnensystem innerhalb der lokalen interstellaren Wolke und unserer Milchstraße.

Dabei hat sich überraschend gezeigt, dass die unterschiedlichen Staubteilchen sehr ähnlich zusammengesetzt sind und den gesamten Elementmix des Kosmos in sich versammeln. Die Experten vermuten daher, dass der Staub in der „Hexenküche“ des Weltraums fortlaufend zerstört, neugebildet und damit in seiner Zusammensetzung angeglichen wird.

An den Untersuchungen eines internationalen Forscherteams waren Wissenschaftler des Instituts für Geowissenschaften und des Klaus-Tschira-Labors für Kosmochemie der Universität Heidelberg maßgeblich beteiligt. Die Forschungsergebnisse werden in der Zeitschrift „Science“ veröffentlicht.

„Interstellarer Staub, dessen einzelne Teilchen nur etwa 200 Nanometer groß und sehr schwer zu finden sind, ist gewissermaßen eine der letzten Bastionen des Unbekannten im Weltraum“, erklärt der Heidelberger Geowissenschaftler Prof. Dr. Mario Trieloff.

Der Staub ist dabei Teil der interstellaren Materie, die neben schweren Elementen im Wesentlichen aus Wasserstoffgas und Helium besteht und aus der durch Verdichtungsprozesse Sterne und Planeten entstehen können. Diese Teilchen bildeten auch das Rohmaterial für die schweren Elemente, die das Haupt-Baumaterial der Erde und anderer terrestrischer Planeten waren.

Für Untersuchungen des interstellaren Staubs ist die Wissenschaft bisher darauf angewiesen, dass Teilchen davon in unser Sonnensystem gelangen. Die Raumsonde „Stardust“ konnte bereits Partikel des sehr schwachen Stroms einfangen, der durch unser Sonnensystem zieht.

„Diese Teilchen waren allerdings ungewöhnlich groß. Daher sind die Untersuchungsergebnisse daraus möglicherweise nicht repräsentativ“, erläutert Prof. Trieloff. Dagegen konnte die „Cassini“-Raumsonde unter Millionen planetarer Staubpartikel 36 Partikel interstellaren Staubs identifizieren. Zudem ist der CDA in der Lage, diese mit Hilfe von Massenspektrometrie direkt vor Ort zu untersuchen, was deutlich präzisere Ergebnisse als bisher ermöglicht.

Nach Angaben von Dr. Frank Postberg, Heisenberg-Stipendiat am Institut für Geowissenschaften, konnten mit dem CDA zum ersten Mal massenspektrometrische Messungen an „einer statistisch bedeutsamen Menge solcher Staubpartikel“ durchgeführt werden.

Dies war nur möglich, nachdem in Heidelberg mit Hilfe aufwendiger Versuchsreihen Labormodelle des Staubdetektors kalibriert wurden. Dazu musste sogenannter Silikatstaub im Labor auf bis zu 40 Kilometer pro Sekunde beschleunigt werden, was in etwa der Geschwindigkeit interstellaren Staubs entspricht.

„Das Ergebnis der Messungen war sehr überraschend“, sagt Dr. Postberg. „Die 36 Partikel interstellaren Ursprungs, die in ihrer Zusammensetzung sehr ähnlich sind, enthalten eine Mischung der wichtigen gesteinsbildenden Elemente Magnesium, Eisen, Silicium und Calcium in durchschnittlichen kosmischen Häufigkeiten. Obwohl ein Staubteilchen weniger als ein Billionstel Gramm Masse besitzt, ist darin mit Ausnahme sehr flüchtiger Gase der gesamte Elementmix des Kosmos versammelt.

Solche Teilchen lassen sich in unserem Sonnensystem nicht finden.“ Die meisten Wissenschaftler hätten verschieden zusammengesetzte Staubpopulationen erwartet, die den verschiedenen Entstehungsprozessen in Atmosphären sterbender Sterne entsprechen. Sie finden sich auch im Sternenstaub in Meteoriten, der in seiner Isotopenzusammensetzung höchst individuell ist. „Unsere Daten erzählen aber eine völlig andere Geschichte“, betont Dr. Postberg.

Nach Einschätzung der Wissenschaftler hat der Staub seine Individualität verloren, weil er in der „Hexenküche“ des Weltraums homogenisiert wurde. Dort befinden sich riesige, Millionen Grad heiße Blasen von Supernovaexplosionen. Deren Ränder bestehen aus Schockfronten, die mit hunderten Kilometern pro Sekunde expandieren, wie der Erstautor und ESA-Wissenschaftler Dr. Nicolas Altobelli erläutert.

Nach seinen Worten haben theoretische Überlegungen bereits nahegelegt, dass interstellarer Staub diese energiereiche Umgebung nur ein paar hundert Millionen Jahre überleben kann und es nur einigen „Lucky Survivors“ gelingt, als intakter Sternenstaub in sich neu bildende Planetensysteme zu gelangen. Die aktuellen Untersuchungsergebnisse bestätigten nun, dass die meisten Partikel zerstört und in kühlen und dichten Regionen des Weltalls – den Molekülwolken – wieder neu gebildet werden. Von dort aus bringen interstellare Winde diese Teilchen als homogenisierten Staub in unser Sonnensystem.

Der Staubdetektor wurde von Wissenschaftlern des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR), des Max-Planck-Instituts für Kernphysik in Heidelberg und der University of Kent (Canterbury/Großbritannien) entwickelt. DLR und die europäische Weltraumbehörde ESA unterstützen den Betrieb des Messinstruments. Die Projektleitung hat Dr. Ralf Srama von der Universität Stuttgart. Die chemischen Analysen werden von Dr. Postberg und Prof. Trieloff geleitet. Die Forschungsarbeiten wurden von der Klaus Tschira Stiftung unterstützt.

Originalveröffentlichung:
N. Altobelli, F. Postberg, K. Fiege, M. Trieloff, et al: Flux and composition of interstellar dust at Saturn from Cassini’s Cosmic Dust Analyzer. Science, 15. April 2016.

Kontakt:
Prof. Dr. Mario Trieloff / Dr. Frank Postberg
Institut für Geowissenschaften
Telefon +49 6221 54-6022 (Trieloff) / -8209 (Postberg)
mario.trieloff@geow.uni-heidelberg.de / Frank.Postberg@geow.uni-heidelberg.de

Kommunikation und Marketing
Pressestelle
Tel. +49 6221 54-2311
presse@rektorat.uni-heidelberg.de

Marietta Fuhrmann-Koch | idw - Informationsdienst Wissenschaft
Weitere Informationen:
http://www.uni-heidelberg.de

Weitere Berichte zu: CDA Cosmic DLR Geowissenschaften Kosmos Partikel Raumsonde Staubdetektor Staubpartikel Staubteilchen Teilchen

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Neue Harmonien in der Optoelektronik
21.07.2017 | Georg-August-Universität Göttingen

nachricht Von photonischen Nanoantennen zu besseren Spielekonsolen
20.07.2017 | Friedrich-Schiller-Universität Jena

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: Einblicke unter die Oberfläche des Mars

Die Region erstreckt sich über gut 1000 Kilometer entlang des Äquators des Mars. Sie heißt Medusae Fossae Formation und über ihren Ursprung ist bislang wenig bekannt. Der Geologe Prof. Dr. Angelo Pio Rossi von der Jacobs University hat gemeinsam mit Dr. Roberto Orosei vom Nationalen Italienischen Institut für Astrophysik in Bologna und weiteren Wissenschaftlern einen Teilbereich dieses Gebietes, genannt Lucus Planum, näher unter die Lupe genommen – mithilfe von Radarfernerkundung.

Wie bei einem Röntgenbild dringen die Strahlen einige Kilometer tief in die Oberfläche des Planeten ein und liefern Informationen über die Struktur, die...

Im Focus: Molekulares Lego

Sie können ihre Farbe wechseln, ihren Spin verändern oder von fest zu flüssig wechseln: Eine bestimmte Klasse von Polymeren besitzt faszinierende Eigenschaften. Wie sie das schaffen, haben Forscher der Uni Würzburg untersucht.

Bei dieser Arbeit handele es sich um ein „Hot Paper“, das interessante und wichtige Aspekte einer neuen Polymerklasse behandelt, die aufgrund ihrer Vielfalt an...

Im Focus: Das Universum in einem Kristall

Dresdener Forscher haben in Zusammenarbeit mit einem internationalen Forscherteam einen unerwarteten experimentellen Zugang zu einem Problem der Allgemeinen Realitätstheorie gefunden. Im Fachmagazin Nature berichten sie, dass es ihnen in neuartigen Materialien und mit Hilfe von thermoelektrischen Messungen gelungen ist, die Schwerkraft-Quantenanomalie nachzuweisen. Erstmals konnten so Quantenanomalien in simulierten Schwerfeldern an einem realen Kristall untersucht werden.

In der Physik spielen Messgrößen wie Energie, Impuls oder elektrische Ladung, welche ihre Erscheinungsform zwar ändern können, aber niemals verloren gehen oder...

Im Focus: Manipulation des Elektronenspins ohne Informationsverlust

Physiker haben eine neue Technik entwickelt, um auf einem Chip den Elektronenspin mit elektrischen Spannungen zu steuern. Mit der neu entwickelten Methode kann der Zerfall des Spins unterdrückt, die enthaltene Information erhalten und über vergleichsweise grosse Distanzen übermittelt werden. Das zeigt ein Team des Departement Physik der Universität Basel und des Swiss Nanoscience Instituts in einer Veröffentlichung in Physical Review X.

Seit einigen Jahren wird weltweit untersucht, wie sich der Spin des Elektrons zur Speicherung und Übertragung von Information nutzen lässt. Der Spin jedes...

Im Focus: Manipulating Electron Spins Without Loss of Information

Physicists have developed a new technique that uses electrical voltages to control the electron spin on a chip. The newly-developed method provides protection from spin decay, meaning that the contained information can be maintained and transmitted over comparatively large distances, as has been demonstrated by a team from the University of Basel’s Department of Physics and the Swiss Nanoscience Institute. The results have been published in Physical Review X.

For several years, researchers have been trying to use the spin of an electron to store and transmit information. The spin of each electron is always coupled...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Den Geheimnissen der Schwarzen Löcher auf der Spur

21.07.2017 | Veranstaltungen

Den Nachhaltigkeitskreis schließen: Lebensmittelschutz durch biobasierte Materialien

21.07.2017 | Veranstaltungen

Operatortheorie im Fokus

20.07.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Einblicke unter die Oberfläche des Mars

21.07.2017 | Geowissenschaften

Wegbereiter für Vitamin A in Reis

21.07.2017 | Biowissenschaften Chemie

Den Geheimnissen der Schwarzen Löcher auf der Spur

21.07.2017 | Veranstaltungsnachrichten