„Dies ist eine der aufregendsten Studien, an denen ich je gearbeitet habe“, sagt Philipp Heck, Kurator am Field Museum, außerordentlicher Professor an der Universität von Chicago und Hauptautor einer Veröffentlichung, die die Ergebnisse in den Proceedings of the National Academy of Sciences beschreibt. „Dies sind die ältesten festen Materialien, die je gefunden wurden, und sie sagen uns, wie sich Sterne in unserer Galaxie gebildet haben.“

Die von Heck und seinen Kollegen untersuchten Materialien werden als präsolare Körner bezeichnet – Mineralien, die vor der Geburt der Sonne entstanden sind. „Sie sind feste Proben von Sternen, echter Sternenstaub“, sagt Heck. Diese Sternenstaubstücke wurden in Meteoriten eingeschlossen, wo sie Milliarden von Jahren unverändert blieben, was sie zu Zeitkapseln der Zeit vor der Entstehung des Sonnensystems macht.

Aber präsolare Körner sind schwer zu finden. Sie sind selten, man findet sie nur in etwa fünf Prozent der Meteoriten, die auf die Erde gefallen sind, und sie sind winzig – hundert der größten würden in den Punkt am Ende dieses Satzes passen. Aber das Field Museum besitzt den größten Teil des Murchison-Meteoriten, eine Schatztruhe mit präsolaren Körnern, die 1969 in Australien niedergingen und von den Einwohnern von Murchison, Victoria, der Wissenschaft zur Verfügung gestellt wurden. Die präsolaren Körner für diese Studie wurden vor etwa 30 Jahren an der Universität von Chicago aus dem Murchison-Meteoriten isoliert.

„Zunächst werden die Fragmente des Meteoriten zu einem Pulver zermahlen“, erklärt Jennika Greer, Doktorandin am Field Museum und an der Universität von Chicago und Mitautorin der Studie. „Sobald alle Stücke getrennt sind, ist es eine Art Paste, die einen stechenden Geruch hat – sie riecht wie verfaulte Erdnussbutter.“

Diese „verfaulte Erdnussbutter-Meteoritenpaste“ wurde dann mit Säure aufgelöst, bis nur noch die präsolaren Körner übrig blieben. „Es ist, als würde man den Heuhaufen abbrennen, um die Nadel zu finden“, sagt Heck.

Nachdem die präsolaren Körner isoliert waren, fanden die Forscher heraus, von welchen Sterntypen sie stammen und wie alt sie sind. „Wir nutzten Daten zum Alter, die im Grunde ihre Exposition gegenüber kosmischer Strahlung messen, das sind hochenergetische Teilchen, die durch unsere Galaxie fliegen und in feste Materie eindringen“, erklärt Heck. „Einige dieser kosmischen Strahlen reagieren mit der Materie und bilden neue Elemente. Und je länger sie der Strahlung ausgesetzt sind, desto mehr dieser Elemente bilden sich.“

„Ich vergleiche das mit einem Eimer, den man bei einem Regenschauer ausschüttet. Wenn man davon ausgeht, dass der Niederschlag konstant ist, kann man an der Wassermenge, die sich im Eimer ansammelt, ablesen, wie lange er ausgesetzt war“, fügt er hinzu. Indem wir messen, wie viele dieser neuen, durch kosmische Strahlung erzeugten Elemente in einem präsolaren Korn vorhanden sind, können wir feststellen, wie lange es der kosmischen Strahlung ausgesetzt war, und das sagt uns, wie alt es ist.

Die Forscher fanden heraus, dass einige der präsolaren Körner in ihrer Probe die ältesten jemals entdeckten waren – je nachdem, wie viele kosmische Strahlen sie aufgesogen hatten, mussten die meisten Körner 4,6 bis 4,9 Milliarden Jahre alt sein, und einige Körner waren sogar älter als 5,5 Milliarden Jahre. Zum Vergleich: Unsere Sonne ist 4,6 Milliarden Jahre alt und die Erde 4,5 Milliarden.

Aber das Alter der präsolaren Körner war noch nicht das Ende der Entdeckung. Da präsolare Körner entstehen, wenn ein Stern stirbt, können sie uns etwas über die Geschichte der Sterne verraten. Und vor 7 Milliarden Jahren gab es offenbar eine reiche Ernte an neuen Sternen – eine Art astraler Babyboom.

„Wir haben mehr junge Körner als erwartet“, sagt Heck. „Unsere Hypothese ist, dass die meisten dieser Körner, die 4,9 bis 4,6 Milliarden Jahre alt sind, während einer Episode verstärkter Sternbildung entstanden sind. Es gab eine Zeit vor der Entstehung des Sonnensystems, in der sich mehr Sterne bildeten als normal.“

Dieser Befund bringt Bewegung in eine Debatte zwischen Wissenschaftlern darüber, ob sich neue Sterne in einem gleichmäßigen Rhythmus bilden oder ob es im Laufe der Zeit Hochs und Tiefs in der Anzahl neuer Sterne gibt. „Einige Leute denken, dass die Sternentstehungsrate der Galaxie konstant ist“, sagt Heck. „Aber dank dieser Körner haben wir jetzt direkte Beweise für eine Periode erhöhter Sternentstehung in unserer Galaxie vor sieben Milliarden Jahren mit Proben aus Meteoriten. Dies ist eine der wichtigsten Erkenntnisse unserer Studie.“

Heck merkt an, dass dies nicht das einzige Unerwartete ist, das sein Team gefunden hat. Bei der Untersuchung der Wechselwirkung der Mineralien in den Körnern mit der kosmischen Strahlung erfuhren die Forscher auch, dass präsolare Körner oft in großen Clustern durch den Weltraum schweben, „wie Müsli“, sagt Heck. „

Heck und seine Kollegen freuen sich darauf, dass all diese Entdeckungen unser Wissen über unsere Galaxie erweitern. „Mit dieser Studie haben wir die Lebenszeit von Sternenstaub direkt bestimmt. Wir hoffen, dass dies aufgegriffen und erforscht wird, so dass man es als Input für Modelle des gesamten galaktischen Lebenszyklus verwenden kann“, sagt er.

Heck merkt an, dass es noch viele Fragen über präsolare Körner und das frühe Sonnensystem zu beantworten gibt. „Ich wünschte, wir hätten mehr Leute, die daran arbeiten, um mehr über unsere Heimatgalaxie, die Milchstraße, zu erfahren“, sagt er.

„Wenn man das einmal gelernt hat, wie will man dann noch etwas anderes studieren?“, sagt Greer. „

„Ich wollte schon immer Astronomie mit geologischen Proben betreiben, die ich in meiner Hand halten kann“, sagt Heck. „Es ist so aufregend, sich die Geschichte unserer Galaxie anzuschauen. Sternenstaub ist das älteste Material, das die Erde erreicht hat, und aus ihm können wir etwas über unsere Muttersterne, den Ursprung des Kohlenstoffs in unserem Körper und den Ursprung des Sauerstoffs, den wir atmen, lernen. Mit dem Sternenstaub können wir dieses Material bis in die Zeit vor der Sonne zurückverfolgen“

„Das ist so gut wie die Möglichkeit, eine Probe direkt von einem Stern zu nehmen“, sagt Greer.

An dieser Studie waren Forscher des Field Museum, der University of Chicago, des Lawrence Livermore National Laboratory, der Washington University, der Harvard Medical School, der ETH Zürich und der Australian National University beteiligt. Finanziert wurde die Studie von der NASA, der TAWANI Foundation, der National Science Foundation, dem Department of Energy, der Swiss National Science Foundation, dem brasilianischen Nationalrat für wissenschaftliche und technologische Entwicklung und dem Field Museum’s Science and Scholarship Funding Committee.