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 Hochgeladenes Ion bahnt den Weg zu neuer Physik
11.12.2019 | Max-Planck-Institut für Kernphysik

nachricht Vom Staubkorn zum Planeten – Rätsel um Kollisionsbarriere gelöst
11.12.2019 | Universität Duisburg-Essen

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: Hochgeladenes Ion bahnt den Weg zu neuer Physik

In einer experimentell-theoretischen Gemeinschaftsarbeit hat am Heidelberger MPI für Kernphysik ein internationales Physiker-Team erstmals eine Orbitalkreuzung im hochgeladenen Ion Pr9+ nachgewiesen. Mittels einer Elektronenstrahl-Ionenfalle haben sie optische Spektren aufgenommen und anhand von Atomstrukturrechnungen analysiert. Ein hierfür erwarteter Übergang von nHz-Breite wurde identifiziert und seine Energie mit hoher Präzision bestimmt. Die Theorie sagt für diese „Uhrenlinie“ eine sehr große Empfindlichkeit auf neue Physik und zugleich eine extrem geringe Anfälligkeit gegenüber externen Störungen voraus, was sie zu einem einzigartigen Kandidaten zukünftiger Präzisionsstudien macht.

Laserspektroskopie neutraler Atome und einfach geladener Ionen hat während der vergangenen Jahrzehnte Dank einer Serie technologischer Fortschritte eine...

Im Focus: Highly charged ion paves the way towards new physics

In a joint experimental and theoretical work performed at the Heidelberg Max Planck Institute for Nuclear Physics, an international team of physicists detected for the first time an orbital crossing in the highly charged ion Pr⁹⁺. Optical spectra were recorded employing an electron beam ion trap and analysed with the aid of atomic structure calculations. A proposed nHz-wide transition has been identified and its energy was determined with high precision. Theory predicts a very high sensitivity to new physics and extremely low susceptibility to external perturbations for this “clock line” making it a unique candidate for proposed precision studies.

Laser spectroscopy of neutral atoms and singly charged ions has reached astonishing precision by merit of a chain of technological advances during the past...

Im Focus: Ultrafast stimulated emission microscopy of single nanocrystals in Science

The ability to investigate the dynamics of single particle at the nano-scale and femtosecond level remained an unfathomed dream for years. It was not until the dawn of the 21st century that nanotechnology and femtoscience gradually merged together and the first ultrafast microscopy of individual quantum dots (QDs) and molecules was accomplished.

Ultrafast microscopy studies entirely rely on detecting nanoparticles or single molecules with luminescence techniques, which require efficient emitters to...

Im Focus: Wie Graphen-Nanostrukturen magnetisch werden

Graphen, eine zweidimensionale Struktur aus Kohlenstoff, ist ein Material mit hervorragenden mechanischen, elektronischen und optischen Eigenschaften. Doch für magnetische Anwendungen schien es bislang nicht nutzbar. Forschern der Empa ist es gemeinsam mit internationalen Partnern nun gelungen, ein in den 1970er Jahren vorhergesagtes Molekül zu synthetisieren, welches beweist, dass Graphen-Nanostrukturen in ganz bestimmten Formen magnetische Eigenschaften aufweisen, die künftige spintronische Anwendungen erlauben könnten. Die Ergebnisse sind eben im renommierten Fachmagazin Nature Nanotechnology erschienen.

Graphen-Nanostrukturen (auch Nanographene genannt) können, je nach Form und Ausrichtung der Ränder, ganz unterschiedliche Eigenschaften besitzen - zum Beispiel...

Im Focus: How to induce magnetism in graphene

Graphene, a two-dimensional structure made of carbon, is a material with excellent mechanical, electronic and optical properties. However, it did not seem suitable for magnetic applications. Together with international partners, Empa researchers have now succeeded in synthesizing a unique nanographene predicted in the 1970s, which conclusively demonstrates that carbon in very specific forms has magnetic properties that could permit future spintronic applications. The results have just been published in the renowned journal Nature Nanotechnology.

Depending on the shape and orientation of their edges, graphene nanostructures (also known as nanographenes) can have very different properties – for example,...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Analyse internationaler Finanzmärkte

10.12.2019 | Veranstaltungen

QURATOR 2020 – weltweit erste Konferenz für Kuratierungstechnologien

04.12.2019 | Veranstaltungen

Die Zukunft der Arbeit

03.12.2019 | Veranstaltungen

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

Hochgeladenes Ion bahnt den Weg zu neuer Physik

11.12.2019 | Physik Astronomie

Grönlands Eispanzer schrumpft immer schneller – Geodäten der TUD werten Satellitendaten für internationale Studie aus

11.12.2019 | Geowissenschaften

Sensoraufkleber überwacht Lebensmittelproduktion

11.12.2019 | Informationstechnologie

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