Vor knapp 14 Milliarden Jahren bestand der Kosmos hauptsächlich aus Wasserstoff und Helium. Erst im Lauf der Zeit reicherte sich das interstellare Gas mit den schwereren Elementen an, die in der jeweiligen Sterngeneration neu entstanden. Besonders die massereichsten Exemplare, die mehr als die zehnfache Sonnenmasse in sich vereinen, trugen dazu bei. Sie durchlaufen mehrere Phasen der Kernfusion, in der zunächst leichte und dann zunehmend schwerere Elemente entstehen und entwickeln so einen zwiebelschalenähnlichen inneren Aufbau. Von der Geburt bis zu ihrem Ende in einer gewaltigen Supernova-Explosion vergehen gerade einmal hundert Millionen Jahre. Im Vergleich dazu ist unsere fast fünf Milliarden Jahre alte Sonne ein stellarer Methusalem.

Bisher konnten sich die Astrophysiker bei den Theorien zur Entstehung neuer Elemente im heutigen Universum nur auf ein einziges Element stützen: Das im Jahr 1978 von einem amerikanischen Satelliten aufgespürte Isotop Aluminium-26. Es zerfällt mit einer Halbwertszeit von 740 000 Jahren und ist mittlerweile von mehreren Teleskopen auf verschiedene Weise vermessen worden. Das Element ist so beliebt bei den Forschern, weil es im Vergleich zu den Sternen recht kurzlebig ist. So wissen sie, dass es erst in der aktuellen Sterngeneration entstand und nicht schon vorher in dem Baumaterial des Sterns enthalten war, wie zum Beispiel Eisen oder Kohlenstoff.

Verräterische Spuren

1999 stießen Wissenschaftler in einer Probe aus der südpazifischen Ozeankruste auf Spuren von Eisen-60 – ein ebenfalls radioaktives Isotop. Astronomen fahndeten derweil im Weltall nach diesem Element, das Theorien über die Elemententstehung in Sternen bereits vorhersagten. Und tatsächlich gab es in den vergangenen Jahren vielversprechende Hinweise, die in der strengen Wissenschaftsgemeinde allerdings nicht als endgültiger Beweis durchgingen.

Mit dem europäischen Gammasatelliten Integral konnten Wissenschaftler um Roland Diehl vom Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik das radioaktive Eisen in der Milchstraße nun überführen – anhand seiner Fingerabdrücke: Denn das radioaktive Eisen-60 zerfällt mit einer Halbwertszeit von 1,5 Millionen Jahren zuerst zu kurzlebigen Cobalt-60 und dann (Halbwertszeit 5,3 Jahre) zu stabilem Nickel-60. Dabei sendet es jeweils Gammastrahlen aus, die ganz bestimmte Energien besitzen.

Im Verhältnis gesehen

Diehl ist sich auf Grund des gemeinsamen Funds sicher, dass Eisen-60 in der Galaxis weiträumig existiert und noch heute produziert wird und zerfällt. Es wird in denselben Sterntypen produziert wie Aluminium-26, allerdings in anderen Regionen und zu anderen Entwicklungsphasen – nämlich weiter innen und später. So spät im Entwicklungszyklus des Sterns, dass dieses radioaktive Material erst durch die Supernova am Ende des Sternenlebens in den freien Weltraum geschleudert wird. Bei radioaktivem Aluminium-26 nimmt man an, dass es ab einer bestimmten Phase bereits in intensiven Sternwinden enthalten sein kann.

Da die Verteilung und der Gehalt von Aluminium-26 in der Galaxis recht gut bekannt ist, konnten die Astrophysiker nun das Verhältnis der Gammastrahlung von Eisen-60 zu Aluminium-26 genau bestimmen und damit die Modellvorstellungen zur Elemententstehung in massereichen Sternen testen. Für das Isotopverhältnis sagen diese Werte zwischen zehn und hundert vorher, wobei die neuesten Prognosen erfreulicherweise mit den Integral-Messungen in Einklang stehen.

Das könnte aber auch eine glückliche Fügung sein. Die neuen Ergebnisse haben Theoretiker und Kernphysiker angeregt, ihre Modelle jetzt noch einmal genauer unter die Lupe zu nehmen. Leider ist die Intensität der von Integral vermessenen Gammastrahlung des interstellaren Eisen noch zu gering, um die Verteilung des radioaktiven Elements am Himmel auszumachen und mit derjenigen von Aluminium-26 zu vergleichen. Die Wissenschaftler wollen nun die nächsten Jahre nutzen, um mit Integral zumindest eine erste Vorstellung davon zu erhalten. Die exakte Kartografie von Eisen-60 in unserer Galaxis sei aber ein Projekt für eine zukünftige Generation von Gammateleskopen, meint Diehl.