NUKLEOSYNTHESE: Astrophysik im Untergrund


Lithium entstand, so die Theorie, im Universum direkt nach dem Urknall und damit noch vor den ersten Sternen. Bild: NASA/JPL-Caltech
Die Astrophysik wird ein hartnäckiges Problem nicht los: Das Element Lithium kommt nicht in den Mengen in Sternen vor, die rechnerisch für die Lithium-Entstehung direkt nach dem Urknall vorhergesagt werden. Doch die Berechnungen stimmen – das konnte jetzt erstmals auch experimentell im Untertagelabor im italienischen Gran-Sasso-Bergmassiv bestätigt werden.

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Lithium ist neben Wasserstoff und Helium eines der drei Elemente, die nicht erst innerhalb von Sternen erzeugt werden müssen. Stattdessen – so die Theorie – sind sie schon früh durch die sogenannte primordiale Nukleosynthese entstanden. Das heißt: Im nur wenige Minuten alten Universum haben sich Neutronen und Protonen zu den Kernen der ersten drei Elemente verbunden. Am Laboratory for Underground Nuclear Astrophysics (LUNA) wurde die Kernentstehung von Lithium nun von einem internationalen Forscherteam nachgestellt. Daran beteiligt waren auch Wissenschaftler der Technischen Universität Dresden und des Helmholtz-Zentrums Dresden-Rossendorf (HZDR).

In dem italienischen Untertagelabor feuerten die Wissenschaftler Heliumkerne auf schweren Wasserstoff (sogenanntes Deuterium), um Energien wie kurz nach dem Urknall zu erreichen. So sollte gemessen werden, wie viel Lithium unter Bedingungen entsteht, die denen im Frühstadium des Universums ähneln. Das Ergebnis des Experiments: Die Daten bestätigten die theoretischen Vorhersagen, die mit den beobachteten Lithium-Konzentrationen im Universum nicht vereinbar sind.

„Zum ersten Mal überhaupt konnte mit unserem Experiment die Lithium-6-Produktion in einem Teil des Urknall-Energiebereichs untersucht werden“, erklärt Daniel Bemmerer vom HZDR. Lithium-6 (drei Neutronen, drei Protonen) ist eines der beiden stabilen Isotope des Elements. Die Entstehung von Lithium-7, welches über ein zusätzliches Neutron verfügt, wurde bereits 2006 von Bemmerer am LUNA untersucht.

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