Unerwartetes Forschungsergebnis 11.08.2020, 12:01 Uhr

Mysterium: „Chemisch eigenartige“ Sterne sorgen für unerklärliche Geschichte

Wissenschaftler haben in unserer Galaxie Sterne entdeckt, die unerklärlicherweise reich an Phosphor sind, einem Schlüsselbestandteil für das Leben.

Sternen Himmel

Sterne mit hohem Phosphor-Gehalt – das wurde noch nie entdeckt.

Foto: panthermedia.net/titoOnz

Ob Pflanzen, Tiere oder Menschen: Kein Lebewesen kommt ohne Phosphor aus. Das Element ist im All allerdings sehr selten – dachte man bislang. Ein Team von Wissenschaftlern am Instituto de Astrofísica de Canaria (IAC) und der Universität von La Coruña hat nämlich Erstaunliches entdeckt, was bisherige Theorien über die Galaxie in Frage stellt.

Phosphor ist ein sehr vielseitiges Element. Viele kennen es als den weißen Phosphor, der leicht in Brand gerät, sobald er mit Luft in Berührung kommt. Weißer Phosphor war zum Beispiel im Zweiten Weltkrieg Bestandteil von Brandbomben . Über 4.000 wurden Studien zufolge über der Ostsee abgeworfen. Bis heute werden einzelne Stücke Phosphor vom Meeresgrund an die Strände gespült.

Phosphate halten zudem unsere Erbinformationen, die DNA, zusammen. Das Adenosintriphosphat nimmt eine entscheidende Rolle in unserem Leben ein, denn es ist der Treibstoff, der unsere Muskeln mit Energie versorgt. Phosphor ist also eine Grundvoraussetzung für Leben. Das heißt, wenn das Element in der Galaxie in größeren Mengen als erwartet vorkommt, kann es auch Leben außerhalb unseres Planeten geben? Und noch wichtiger: Wenn dieses wichtige Element so selten ist, wie ist es dann entstanden und auf die Erde gekommen?

Diese Frage haben sich die Wissenschaftler auf Teneriffa zum Anlass genommen, um weiter zu forschen. Was sie herausfanden, wirft alle bisher gekannten Theorien durcheinander: Sterne enthalten eine Menge Phosphor.

„Es gibt im Allgemeinen große Unsicherheiten darüber, woher Phosphor stammt“, gibt der Hauptautor Thomas Masseron, Astronom am Instituto de Astrofísica de Canarias auf Teneriffa, Spanien, an.

15 „chemisch eigenartige“ Sterne entdeckt

In der Milchstraße haben die Astronomen 15 „chemisch eigenartige“ Sterne identifiziert. Der „sehr hohe Phosphor-Anteil“ kann nicht durch bestehende Theorien erklärt werden. Die gesamte Studie ist in der Fachzeitschrift „Nature Communications“ erschienen.

Masseron und seine Kollegen skizzierten mehrere Modelle, um die phosphorreichen (P-reichen) Sterne zu erklären.

Theorie 1:

Die wahrscheinlichste Entstehungsgeschichte ist, dass die Sterne aus der Asche einer früheren Generation massereicher Sterne geboren wurden. Diese haben (aus unerklärlichen Gründen) Phosphor überproduziert. Das würde bedingen, dass die Vorläufer-Sterne „eine ganz spezifische und eigenartige Nukleosynthese“ durchlaufen, sagt das Team und bezieht sich dabei auf den Prozess, der im Inneren der Sterne abläuft, um neue Elemente zu erzeugen.

Diese Sterne hätten ihre Phosphorreserven im Weltraum verteilt, als sie in der Supernova explodierten. Dadurch entwickelten sich die P-reichen Sterne.

Computermodelle dieses Szenarios legen jedoch nahe, dass es auch bei der nächsten Generation von Sternen eher zu einer Anreicherung von Kohlenstoff, Natrium und Schwefel kommen sollte. Die von den Forschern beobachteten P-reichen Sterne zeigen dieses Muster jedoch nicht. Kommen wir also zur 2. Theorie.

Theorie 2:

Es ist auch möglich, dass die P-reichen Sterne Phosphor von einem Begleitstern erhalten haben, der in ihrer Nähe kreiste. Oder aber sie sind vollständig mit einem anderen Stern verschmolzen. Kollisionen zwischen Neutronensternen, einer Klasse toter, kollabierter Sterne, bieten eine weitere Möglichkeit, mit Phosphor angereicherte Gas- und Trümmerwolken zu erzeugen. All diese Erklärungen widersprechen jedoch auf die eine oder andere Weise der bisherigen tatsächlichen Beobachtungen.

Schema, das den Ursprung von Phosphor auf der Erde in Bezug auf mögliche stellare Phosphorquellen in unserer Galaxie darstellt.

Schema, das den Ursprung von Phosphor auf der Erde in Bezug auf mögliche stellare Phosphorquellen in unserer Galaxie darstellt.

Foto: Gabriel Pérez Díaz, SMM (IAC).

Sterne aus Phosphor: Forscher können sich das Phänomen nicht erklären

„Jetzt geht es darum, alle Möglichkeiten der Entstehung zu erkunden“, sagt Masseron. „Grundsätzlich ist aber die Antwort, dass wir es nicht wissen.“

Aus diesem Grund plant das Forscherteam, die Sterne in verschiedenen Wellenlängen des Lichts zu untersuchen, um mehr über ihre chemischen Eigenheiten zu erfahren. Sie hoffen auch, weitere Beispiele für diese ganz besonderen Sterne zu finden, um festzustellen, ob sie zu einer breiteren Familie von Sternen mit ebenso unerklärlichen Geschichten gehören.

„Es könnte ein wichtiger Hinweis auf die Herkunft des Phosphors sein, der ein grundlegender Bestandteil des Lebens ist“, sagt Aníbal García-Hernández, ein weiterer IAC-Forscher.

Physik neu denken

„Neben den zusätzlichen Beobachtungen, die wir machen, wird es einen weiteren wichtigen Aspekt in Bezug auf die Zusammenarbeit mit Experten geben, die neue Modelle entwickeln und möglicherweise gänzlich neue physikalische Ansätze implementieren müssen, um das zu reproduzieren, was wir beobachtet haben“, so Masseron.

Die Astronomen analysierten die Infrarotsignaturen einer Reihe von Sternen. Dabei fanden sie 15 phosphorreiche Sterne, die eine Klasse von Objekten darstellen, die noch nie zuvor identifiziert wurden.

Über das Instituto de Astrofísica de Canarias
Das Instituto de Astrofísica de Canarias ist ein astrophysikalisches Forschungsinstitut auf den Kanarischen Inseln. Der Hauptbereich des IAC stellt das Astrophysikalische Forschungsinstitut dar. 1992 entdeckte das Institut das erste mögliche Schwarze Loch in unserer Milchstraße. 2016 wurde der englische Wissenschaftler Stephen Hawking zum Honorarprofessor des Instituto de Astrofísica de Canarias ernannt.

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Von Sarah Janczura

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