Nukleare Astrophysik

  • Die Physik hinter der Entstehung der Elemente schwerer als Eisen über wiederholten Neutroneneinfang ist großteils verstanden. Jene astrophysikalischen Orte bzw. Ereignisse, in denen der heftigste dieser Prozesse, der sogenannte r-Prozess, stattfindet, bleiben hingegen weiter umstritten. AMS konnte bereits entscheidend zur Lösung dieses Rätsel beitragen, indem kleinste Mengen an Material aus kürzlicher Nukleosynthese in Archiven auf der Erde (Eisenmangan-Krusten am Ozeanboden und Tiefsee-Sedimente) nachgewiesen wurden. Als Marker dieser explosiven Szenarien eignen sich dabei langlebige Radionuklide mit Halbwertszeiten von einigen Millionen Jahren, die keinerlei andere Produktionsmechanismen auf der Erde haben und deren Eintrag aus der Zeit der Entstehung der Erde schon lange durch den Zerfall verschwunden ist. So wurden eindeutige 60Fe-Signale vergangener Supernovae detektiert während die geringe gemessene Häufigkeit von 244Pu nahelegt, dass diese schwersten Elemente nur in noch explosiveren Neutronenstern-Verschmelzungen gebildet werden. VERA war an diesen Untersuchungen aktiv beteiligt.
  • Derzeit steht das Nuklid 182Hf (T1/2 = 8.9 Ma) bei uns im Fokus. Trotz diverser Anstrengungen ist es bisher nicht gelungen, die notwendige Sensitivität zum Nachweis von 182Hf in natürlicher Häufigkeit mittels konventioneller AMS zu erreichen – der Einfluss des stabilen Isobars 182W ist schlichtweg zu groß. Wir arbeiten hart daran, dies mit der neuen ILIAMS-Technik möglich zu machen - und 53Mn wäre ein weiterer interessanter Kandidat.
Kontaktperson:
Martin Martschini, Robin Golser
Referenzen:
  1. Wallner, A., Feige, J., Fifield, L. K., Froehlich, M. B., Golser, R., Hotchkis, M. A. C., Koll, D., Leckenby, G., Martschini, M., Merchel, S., Panjkov, S., Pavetich, S., Rugel, G., & Tims, S. G. (2020). 60Fe deposition during the late Pleistocene and the Holocene echoes past supernova activity. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 117, 21873-21879. https://doi.org/10.1073/pnas.1916769117
  2. Martschini, M., Lachner, J., Merchel, S., Priller, A., Steier, P., Wallner, A., Wieser, A. & Golser, R. (2020). The quest for AMS of 182Hf - why poor gas gives pure beams. EPJ Web Conf., 232, 02003. https://doi.org/10.1051/epjconf/202023202003
  3. Wallner, A., Faestermann, T., Feige, J., Feldstein, C., Knie, K., Korschinek, G., Kutschera, W., Ofan, A., Paul, M., Quinto, F., Rugel, G. & Steier, P. (2015). Abundance of live Pu-244 in deep-sea reservoirs on Earth points to rarity of actinide nucleosynthesis. Nature Communications, 6, 5956. https://doi.org/10.1038/ncomms6956
  4. Wallner, A., Feige, J., Kinoshita, N., Paul, M., Fifield, L.K., Golser, R., Honda, M., Linnemann, U., Matsuzaki, H., Merchel, S., Rugel, G., Tims, S. G., Steier, P., Yamagata, T. & Winkler, S. (2016). Recent near-Earth supernovae probed by global deposition of interstellar radioactive Fe-60. Nature, 532, 69-72. https://doi.org/10.1038/nature17196
  5. Egal, A., et al. (2025). Catastrophic disruption of asteroid 2023 CX1 and implications for planetary defence. Nature Astronomy

Forschungspartner:

  • Anton Wallner, Accelerator Mass Spectrometry and Isotope Research - HZDR, Germany
  • Jenny Feige, Zentrum für Astronomie und Astrophysik - TU Berlin, Germany