Woher stammt das Gold auf der Erde? | Harald Lesch


Unser Sonnensystem gehört zu den goldigsten Sonnensystemen der gesamten Milchstraße. Und der Grund dafür? Ich kann schon mal verraten: Die Schwarzen Löcher sind es nicht. [Intro] Gold! Am Golde hängt doch, zum Golde drängt doch alles! Ich meine, Gold ist ja traditionsgemäß eigentlich der Schatz schlechthin. “Wenn alle Stricke reißen, hänge ich mich nicht auf”,
hat Karl Kraus gesagt, “sondern… … dann kaufe ich eben Gold!”
Also, die Kulturen haben sich tatsächlich weitestgehend auf dieses Edelmetall
als einen ganz sicheren Hafen geeinigt. und wird nach wie vor gehandelt. Es sind knapp
200.000 Tonnen schon aus dem Erdboden herausgeholt worden, 50.000 Tonnen sollen noch da sein.
Es zeigt sich aber interessanterweise, dass insgesamt in unserem Sonnensystem,
vor allem aus den Meteoriten lässt sich das ablesen, eigentlich viel zu viel Gold da ist. Ja, weil
die chemischen Elemente in unserem Sonnensystem, das wissen ja alle inzwischen, stammen von einem Stern. Ja. Die Meteoriten sagen uns das. Die Meteoriten sagen uns,
dass alle schweren Elemente in unserem Sonnensystem von einem Stern stammen, der 25 Mal
so schwer war wie die Sonne und ein paar Millionen Jahre bevor die Sonne entstanden ist,
selbst explodiert ist. Auch gar nicht so weit entfernt von dem Platz,
wo das Sonnensystem entstehen wird. Das kann man aus dem Meteoriten ablesen,
aus ihren radioaktiven Zerfallsergebnissen und der Häufigkeit davon.
Praktisch die Augenzeugen von damals. Und wenn man sich das aber mal anguckt,
wie intensiv eine Supernova, eine Supernovaexplosion von einem Stern
von 25 Sonnenmassen nachher all diese Elemente tatsächlich erst erzeugt, dann stellt man fest:
Der wäre gar nicht in der Lage gewesen, solche Mengen an Gold zu produzieren,
wie sie bei uns gefunden werden. Also, fangen wir mal von vorne an:
Sterne sind Gasbälle, diese Gasbälle sind stabil, solange in ihrem Innern
Kernfusionsprozesse Energie freisetzen, diese Energie drängt nach außen,
und dagegen wirkt die eigene Gravitation, also die eigene Masse. Die hat eine Wirkung auf sich selbst,
zieht alles nach innen, die Kraft wirkt nach innen. Die Energie drängt nach außen. So weit so gut.
Am Anfang verschmilzt Wasserstoff zu Helium und alles ist fein. Dann kriegt der Stern schon
die erste Energiekrise, wenn nämlich der Wasserstoff zu Helium verbrannt ist. Wenn nämlich jetzt Helium
fusionieren soll, dann müssen die Temperaturen höher sein. Also fängt er an, leicht zu kollabieren,
Druck und Dichte im Innern wird größer und dabei fängt dann Helium an, zu fusionieren.
Es wird wieder Energie freigesetzt, es entstehen mit teilweise wirklich magischen Kernreaktionen
entstehen Sauerstoff und Kohlenstoff und Stickstoff. Da arbeitet man sich so langsam durch das
Periodensystem der Elemente durch und landet dann schließlich, je nachdem wie schwer ein Stern ist,
tatsächlich auch bei Eisen, und da ist eigentlich Schluss. Ja, weil, bei der Verschmelzung der Prozesse,
die zum Eisen führen, da wird gerade noch ein bisschen Energie frei,
und Eisen hat eine so hohe Bindungsenergie, wenn man jetzt die höheren Elemente erzeugen will,
wie zum Beispiel Gold oder Platin oder so was – Eisen hat ja 26 Protonen, Gold hat 79
Es gibt überhaupt nur 92 stabile Elemente. Also, wenn man so schwere Elemente aufbauen will,
tja, wie geht denn das? Also, bis zum Eisen in einem schweren Stern,
da ist noch alles gut, exotherm, Energie wird frei, und danach? Danach muss irgendwo
eine Energiequelle her. Wo soll die denn herkommen?
Naja, die Energie ist ja immer noch da: die Gravitationsenergie,
der Stern, der selber auf sich wirkt. Er übt einen Gravitationsdruck aus,
durch seine eigene Masse. D.h., der Stern beginnt zu schrumpfen, zu kollabieren,
die Temperaturen im Innern werden immer höher und höher, und allmählich, ‘slow’, also ganz langsam,
wird ein Neutron nach dem anderen an einen Kern angedockt. ‘Slow’ steht hier für langsam,
‘slow’ heißt natürlich langsam, und langsam heißt hier vor allem langsam
im Vergleich zur Beta-Zerfallszeit der schwersten Kerne. Da wird also ein Neutron vom Atomkern aufgenommen,
dann zerfällt das wieder im Beta-Zerfall, also einen Schritt hoch, dann wieder einen Schritt runter,
dann werden wieder Neutronen angeladen, und das Ganze endet so bei Blei, Bismut, Polonium. Der ‘rapid’ Prozess, der schnelle Prozess,
der kann im Prinzip alle Kerne aufbauen, bis hin zum Uran, weil er nämlich viel schneller
als die Atomkerne zerfallen können, radioaktiv, durch den Beta-Zerfall, Neutronen anlagern.
Und dafür braucht es natürlich hohe Neutronen-Dichten. In einem normalen Stern können Neutronen
über Hunderte von Jahren angereichert werden. So baut sich dann allmählich die
Stabilitätslinie der Atomkerne hoch. Aber eben nur bis zum Polonium. Um die Mengen an schweren Elementen zu erzeugen,
die wir zum Beispiel hier in unserem Sonnensystem finden, müsste es geradezu innerhalb dieser Implosion –
also es fällt zusammen – und dann Explosionswolke, noch mal eine extra Explosion geben, wo also noch mal
richtig schnell, innerhalb von einer Sekunde. eine Unmenge an ganz schweren Elementen erzeugt werden.
Und es war immer die Frage: Was soll denn das sein? Ich meine, das ist doch schon alles so irre,
dass ein Stern explodiert. Ein Stern, der 25 oder möglicherweise noch mehr Sonnenmassen gehabt hat,
fliegt auseinander. Das ist doch schon das allergrößte, über das hinaus nichts mehr explodieren kann.
Vor allen Dingen für diese schnelle Geschichte brauchst du enorme Mengen an Neutronen, eine hohe Neutronendichte.
Du brauchst eine Billion Mal eine Billion Neutronen pro cm³, damit das überhaupt funktioniert.
Dann könntest du wirklich in einer Sekunde Atomkerne mit Neutronen beschießen
und es würden sich Isotope bilden, große, neutronenreiche Isotope,
und die würden dann, klong, klong, klong, klong… … allmählich zerfallen.
Oder nicht allmählich, das geht auch recht schnell. Und dabei entsteht eben Gold und Platin usw. Aber was für Quellen könnten das sein? Man war
wirklich lange auf der Suche und jetzt hat man’s gefunden. Jetzt muss man natürlich wissen, bei so einer
Supernova-Explosion, da bleibt ja immer so ein Rest übrig, der innerste Teil dieses Sterns, und aus was
kann der bestehen? Natürlich nur aus Eisen, denn das war ja der Teil, wo noch alles gut war.
Wo eben allmählich in verschiedenen Schritten
77
00:06:23,000 –>00:06:29,000
von Wasserstoff bis zum Eisen durchgebrütet wurde.
Aber dieser Teil war ja dann zu Ende. Es ging ja nicht mehr weiter. Die anderen Elemente
werden ja im äußeren Bereich irgendwie durch dieses Tohuwabohu der einfallenden und herausströmenden Gashöhlen erzeugt.
Dieser innerste Teil dagegen ist nun unter der Wirkung seiner eigenen Gravitation nur noch
in der Lage, immer kleiner und kleiner und kleiner zu werden. Der Abstand zwischen den Teilchen wird
immer geringer und geringer. Und sie merken langsam voneinander,
dass sie quantenmechanische Eigenschaften besitzen und können dann nicht mehr
beliebig nahe zusammenkommen, nein! Wolfang Pauli hat das erfunden.
In den 20er und 30er Jahren des 20. Jahrhunderts hat er gesagt: “Es kann nicht sein, dass Fermionen,
also Teilchen, die Materie aufbauen, die können nicht beliebig zusammengepresst werden.”
Es muss mindestens eine Eigenschaft geben, die sie voneinander unterscheidet. Und das
ist die Eigenschaft “spin up” / “spin down”. Die beiden können nicht zusammen. Das geht so, die
kommen gerade noch zusammen. Aber alle anderen nicht. Und diese Verbotsregel hat sich bestätigt.
Es stellt sich heraus, dass wenn Materie, nämlich ein Sternrest im Innersten einer Supernovaexplosion
zusammenfällt, dann werden Elektronen und Protonen so zusammengepresst, dass eine Kugel aus Neutronen entsteht.
Die ist nur zehn oder zwanzig Kilometer groß. Um Haaresbreite wäre sie zum Schwarzen Loch geworden.
Die maximale Masse eines solchen Rests sind 2,8 Sonnenmassen. 2,8 – wissen natürlich alle – der Schwarzschild-Radius
einer Sonnenmasse sind 3 Kilometer usw. D. h. also, wenn das Ding hier nur 15, 16 Kilometer groß ist,
ist es knapp, ganz knapp über dem Schwarzschild-Radius. Knapp am Schwarzen Loch vorbei. Das ist die letzte Form
von Materie, die wir noch Strahlen untersuchen können. Neutronensterne! Gibt’s! Ja, wenn man sich überlegt,
der Stern hat ursprünglich Millionen Kilometer gehabt, jetzt hat man eine Kugel die nur 10 Kilometer groß ist,
der Stern dreht sich natürlich wie verrückt, weil er auch noch das Magnetfeld mitgeschleppt hat.
Das sind Pulsare, könnt ihr mal nachgucken. Pulsierende Radioquellen am Himmel, und mit denen
lassen sich Neutronensterne wahnsinnig gut identifizieren. und das wäre sozusagen der Sternenrest
im Innersten einer solchen Supernovaexplosion. Nur- der hat zwar eine hohe Neutronendichte, aber… wieso soll der jetzt noch mal extra explodieren? Wieso soll der denn jetzt noch
irgendwelche Elemente erbrüten? Das ist eigentlich nur eine Sternenleiche.
Ja – wenn eine andere Sternenleiche in seiner Nähe ist, nämlich noch ein Neutronenstern, dann wird’s interessant!
Und in der Tat: Die meisten Sterne im Universum entstehen als Doppelsterne. Nun braucht man ja
für die Produktion von Neutronensternen einen richtig schweren Stern. Wir brauchen also ein System
von zwei schweren Sternen, die einander umkreisen. Der eine explodiert, der andere explodiert,
das müssen die erst mal überleben. Und dann aber bleiben zwei Neutronensterne übrig. Die umkreisen sich.
Ich meine, die Erde umkreist die Sonne ja auch seit 4,567 Milliarden Jahren und macht jetzt nichts. Und die beiden umkreisen einander.
Aber bei kompakten Massen vor allen Dingen entsteht ein Phänomen, das seit einiger Zeit
in der Astronomie ja große Bewunderung und großen Respekt hervorruft, nämlich
die Emission von Gravitationswellen. Und wenn diese beiden Neutronensterne
durch die gegenseitige Emission von Gravitationswellen sich beeinflussen, das führt dazu, dass die beiden
Energie verlieren, unter anderem eben auch Energie in der jeweiligen Umkreisung um den gemeinsamen Schwerpunkt.
Das heißt, mit anderen Worten, die beiden bremsen sich ab.
Und kommen einander immer näher und näher. Neutronensterne. Kugeln, vielleicht so groß
wie die Innenstadt von München. Mit 2,8 Sonnenmassen bewegen sie sich
allmählich aufeinander zu. Mit gewaltigen Magnetfeldern,
ungeheuren Dichten und irgendwann werden sie miteinander verschmelzen
und werden zum Schwarzen Loch. Aber kurz zuvor sind die Neutronendichten
bei einer solchen Verschmelzung so ungeheuer hoch, dass sich dabei genau die Dinge abspielen,
von denen die stellaren Astronomen schon immer geträumt haben. Der R-Prozess.
Der ganz schnelle Prozess. Wie soll man sagen? In diesem Fall
“das ganz schnelle Gold”, könnte man sagen. Also hier werden wirklich in Null Komma Nix
all die neutronenreichen Isotope erzeugt, die dann – zack, zack, zack
wieder zerfallen Und dabei entsteht eben tatsächlich Gold. Und jetzt könnte man ja denken: Das fällt
alles wieder ins Schwarze Loch zurück.
130
00:10:53,000 –>00:10:57,000
Aber so ist es nicht. Sondern der
Vorgang der Neutronensternverschmelzung ist eine gewaltige Explosion. D. h., das Material,
das da erbrütet wird, wird richtig aus dem Gravitationsfeld herausgeschleudert und
treibt hinaus in die Milchstraße. Und so kann man heute anhand
von Meteoriten ablesen, dass dieses Ereignis von zwei
verschmelzenden Neutronensternen, das für das Gold in unserem Sonnensystem
zumindest in Teilen verantwortlich ist, dass dieses Ereignis vor 80 Mio. Jahren
im Abstand von rund 1000 Lichtjahren stattgefunden haben muss. Was soll ich sagen? Seit einiger Zeit
haben wir ja Gravitationswellendetektoren. Große Anlagen mit gewaltigen Lasern,
die zur Interferenz gebracht werden. Und jedes Mal, wenn eine Gravitationswelle
darüber läuft, erscheint ein Signal. Die Erbauer dieses Experiments sind ja
mit dem Nobelpreis gewürdigt worden. Dieses gewaltige Experiment hat inzwischen eben
nicht nur verschmelzende Schwarze Löcher gemessen, oder dass ein Neutronenstern mit einem
Schwarzen Loch verschmilzt. Nein. Es wurden auch Ereignisse nachgewiesen, sogar anhand
ihre Gamma-Strahlung, also ihrer hochenergetischen Strahlung: Die entsprechenden zwei verschmelzenden Neutronensterne. Solche verschmelzenden Neutronensterne,
sagen die Experten, sind vermutlich für 50 % der ganz schweren Elemente im Universum zuständig. Der Stern, der letztlich dafür gesorgt hat, dass die schweren Elemente
sich in unserem Sonnensystem zu Planeten geformt haben, der hatte dieses Gold schon intus. Und vielleicht
denken Sie mal dran, wenn Sie demnächst was kaufen, was aus Gold besteht. Oder wenn Sie mit Ihrer Zunge
über Ihre Goldplombe drüberfahren. Dieses Material ist nicht nur Sternenstaub.
Es ist Neutronensternenstaub. Also wirklich… das Universum
hat sich viel Arbeit damit gemacht.

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