Geboren aus Sternenstaub
Der Aschermittwoch hat uns die Vergänglichkeit des Lebens in Erinnerung gerufen. Am Ende werden wir zu Asche. Aber woher stammen die chemischen Elemente dieser Asche?
Vor 13,6 Milliarden Jahren entstand das Universum aus dem Nichts. „Big Bang“ oder „Urknall“ nennen die Kosmologen diesen Start von Raum und Zeit. Eigentlich waren es die Gegner des Modells, welche die heutige Standardtheorie mit diesem Begriff ins Lächerliche ziehen wollten: Da gab es einen großen Knall und schon war das Universum da.
Es dehnt sich aus
Drei Indizien belegen die Theorie von einem extrem heißen Start, bei dem die Materie dicht gepackt war. Man kann soweit zurückrechnen, bis man die Physik des sehr jungen Universums nicht mehr versteht. Aber eines ist klar: das Universum dehnt sich aus und wird dabei kühler. Handwerker und Grillmeister kennen den Effekt, dass Gasflaschen vereisen, wenn das Gas zu rasch aus dem Behälter entnommen wird. Aus demselben Grund kühlt das Universum immer weiter ab. Das erste Indiz für den Urknall ist, dass sich alle Galaxien voneinander entfernen, so ähnlich wie die Gesteinsbrocken nach einer Sprengung. Kosmologen errechneten daraus den Zündzeitpunkt vor 13,6 Milliarden Jahren. Infrarotsatelliten wiesen eine Strahlung nach, die einer Temperatur von knapp drei Grad über dem absoluten Nullpunkt entspricht – das bedeutet minus 270 Grad Celsius. Als Echo des Urknalls wird diese Strahlung, die gleichmäßig aus allen Himmelsrichtungen kommt, bezeichnet. Das zweite Indiz für die Standardtheorie ist die Abkühlung von Billionen Grad Sekundenbruchteile nach dem Urknall auf 3 Grad Kelvin nach 13,6 Milliarden Jahren. Das dritte Indiz hat zur Folge, dass das Universum zu drei Vierteln aus Wasserstoff und einem Viertel aus Helium besteht. Eine Millisekunde nach dem Urknall bestand das Universum aus Protonen, also Wasserstoffkernen. Die extremen Temperaturen ermöglichten während der folgenden fünf Minuten die Verschmelzung zu Heliumkernen.
Das Weltall dehnte sich weiter aus und das Zeitfenster für die Nukeosynthese, also die Atomkernbildung, war bald vorbei. Das Resultat sind zirka 75 Prozent Wasserstoff, 25 Prozent Helium und ein wenig Lithium. Das sind die leichtesten chemischen Elemente.
Woraus wir bestehen
Im Großen und Ganzen setzt sich das Universum noch immer so zusammen. An einigen Stellen gibt es eklatante Abweichungen davon. In Vorarlberg beispielsweise gibt es Gesteine, Wälder, Schnee, Eis, Seen. Sie bestehen genauso wie wir Menschen und überhaupt die gesamte Erde und andere Planeten aus „höheren“ chemischen Elementen wie Sauerstoff, Stickstoff, Eisen oder Kalzium. Insgesamt kennen wir 94 natürlich auf der Erde vorkommende chemische Elemente, Wasserstoff hat ein Proton, Helium zwei, Sauerstoff acht und Plutonium 94 Protonen. Das Material, aus dem wir bestehen, wurde nicht beim Urknall erzeugt. 200 Millionen Jahre später verdichteten sich Wasserstoff- und Heliumwolken. Druck und Temperatur stiegen an, bis im Inneren die Kernverschmelzung begann und damit Sterne geboren wurden.
Ohne Sterne wären wir nicht
Das ist derselbe Prozess, den Physiker seit Jahrzehnten in Fusionsreaktoren nachzubilden versuchen. Massearme Sterne erbrüten in ihrem Inneren Atomkerne mit bis zu 26 Protonen, also bis zum Eisen. Am Lebensende blasen die Sterne ihre Atome in den interstellaren Raum. Höhere Elemente entstehen bei Supernova-Explosionen extrem massereicher Sterne. Wir Menschen sind im wahrsten Sinne des Wortes aus Sternenstaub gebildet. Ohne eine erste Generation von Sternen, in der die höheren Elemente erbrütet wurden, gäbe es das Ausgangsmaterial für die menschlichen Körper nicht.
Robert Seeberger