Kohlenstoff und Sauerstoff – ohne diese beiden Elemente gäbe es kein Leben auf der Erde. Aber woher kommen sie? Die Antwort liegt tief im Inneren von Sternen. Und die Forschenden am Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) wollen endlich genau verstehen, wie das dort funktioniert.
Das neue Forschungsprojekt heißt HEARTS, kurz für "Helium Burning Experiments for Astrophysics". Geleitet wird es von der Physikerin Dr. Eliana Masha. Die 34-Jährige lebt seit Jahren in Dresden und forscht am HZDR. Mit ihrem Team untersucht sie, was passiert, wenn Sterne Helium verbrennen. Genau in dieser Phase ihres Lebens produzieren Sterne besonders viel Kohlenstoff und Sauerstoff. Wie viel von beiden entsteht, beeinflusst nicht nur das Schicksal einzelner Sterne, sondern auch die chemische Entwicklung ganzer Galaxien.
Die Physik des Universums in einem Labor
Eine bestimmte Reaktion gilt in der Fachwelt als "heiliger Gral der Nuklearen Astrophysik". Dabei verschmilzt ein Heliumkern mit einem Kohlenstoffkern zu Sauerstoff. Wie oft das in Sternen passiert, bestimmt, wie viel Kohlenstoff und wie viel Sauerstoff ein Stern am Ende seines Lebens hinterlässt. Das wiederum beeinflusst, wie der Stern stirbt – ob als leise verlöschender Weißer Zwerg oder als gewaltige Supernovaexplosion. Bisher gibt es bei der genauen Häufigkeit dieser Reaktion noch Unsicherheiten. Das erschwert präzise Vorhersagen in Modellen, die erklären sollen, wie massereiche Sterne sich entwickeln und wie chemische Elemente im Universum entstehen. HEARTS soll das ändern.
Neben dieser zentralen Reaktion untersucht das Team auch weitere Prozesse des Heliumbrennens, bei denen unter anderem Neon und Magnesium entstehen. Außerdem geht es um Reaktionen, bei denen Neutronen freigesetzt werden. Diese spielen eine wichtige Rolle bei der Bildung von Elementen, die schwerer sind als Eisen, also etwa Gold oder Uran. Auch der bislang nicht vollständig geklärte Ursprung des Elements Fluor steht auf dem Forschungsplan.
"Was mich an der Nuklearen Astrophysik begeistert, ist, dass sie das große Ganze, also unser Universum, mit den kleinsten Teilchen in Verbindung bringt", erklärt Eliana Masha. Die Erkenntnisse könnten laut Masha sogar bei der Suche nach Planeten helfen, auf denen Leben möglich wäre. HEARTS startet seine Experimente zunächst im Gran-Sasso-Untergrundlabor in Italien, bevor weitere Messkampagnen im Dresdner Felsenkeller und am GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung in Darmstadt folgen.
