Unsere Sonne hatte eine „wilde“ Jugend

Strahlendusche für die Urwolke: Unsere Sonne war in ihrer Frühzeit sehr viel aktiver als heute – immer wieder erlebte sie heftige Strahlenausbrüche. Belege dafür haben Astronomen jetzt in winzigen, blauen Mineralkristallen eines Meteoriten entdeckt. Denn dieses Hibonit enthält Edelgas-Isotope, die nur durch ein frühes Bombardement mit energiereichen Teilchen entstanden sein können, wie die Forscher im Fachmagazin „Nature Astronomy“ berichten.

Bei anderen jungen Sternen haben Astronomen dies schon oft beobachtet: Sie durchleben in ihrer Anfangszeit eine Phase heftiger Plasmaeruptionen und Strahlenausbrüche. Insofern lag es nahe, auch für unsere Sonne eine solche unruhige Jugend anzunehmen. Doch dafür fehlten bisher die Belege. „Fast nichts im Sonnensystem ist alt genug, um die Aktivität der jungen Sonne wirklich zu beweisen“, erklärt Koautor Philipp Heck vom Field Museum in Chicago.

Blaue Kristallkörnchen als Zeitzeugen

Doch winzige blaue Kristallkörnchen könnten nur diese Belege geliefert haben. Sie stammen aus dem Murchison-Meteoriten, der 1969 in Australien einschlug. Neben vielen anderen Mineralen enthält dieser Meteorit auch Einschlüsse mit Körnchen des Minerals Hibonit (CaAl₁₂O₁₉). Diese mehr als 4,5 Milliarden Jahre alten Kristalle gelten als eines der ältesten Materialien des Sonnensystems und könnten sich in den Anfängen der Urwolke gebildet haben.

Mikroskopaufnahme eines winzigen Hibonitkristalls aus dem Murchisonmeteoriten. © Andy Davis/ University of Chicago

„Wenn wir uns einige Mineraleinschlüsse aus dem Meteoriten unter dem Mikroskop anschauen, stechen diese Hibonit-Körnchen als kleine, blaue Kristalle heraus“, erklärt Hecks Kollege Andy Davis. Er und seine Kollegen haben nun 18 dieser Hibonitkristalle auf ihren Gehalt an Isotopen der Edelgase Neon und Helium analysiert. „Denn Isotope wie ³He und ²¹Ne deuten darauf hin, dass diese Einschlüsse Strahlung ausgesetzt worden sind“, erklären die Forscher.

Strahlendusche schuf Edelgase

Und tatsächlich: „Wir erhielten ein überraschend starkes Signal, das eindeutig die Präsenz von Helium und Neon anzeigte – es war erstaunlich“, sagt Erstautor Levke Kööp von der University of Chicago. „Alle untersuchten Hibonitkristalle enthielten kosmogenes Neon-21 und Helium-3.“ Nach Ansicht der Forscher ist dies ein klares Indiz dafür, dass diese Kristalle kurz nach ihrer Entstehung energiereicher Strahlung ausgesetzt gewesen waren.

Das Spannende daran: In etwas jüngeren Meteoriteneinschlüssen gibt es diesen Überschuss kosmogener Edelgas-Isotope nicht. Das erlaubt es, den Zeitpunkt der Bestrahlung relativ gut einzugrenzen. Demnach wurden die Neon- und Helium-Isotope vor mehr als 4,5 Milliarden Jahren gebildet, als energiereiche Protonen und andere Teilchen die Calcium- und Aluminiumatome im Hibonit trafen und diese spalteten.

Heftige Ausbrüche

Nach Ansicht der Forscher kommt als Strahlenquelle für diese Umwandlung nur die junge Sonne in Frage. Sie muss demnach in ihrer Anfangszeit weitaus mehr heftige Flares und Plasmaausbrüche erlebt haben als heute. „Das bestätigt endlich eine lange gehegte Vermutung und gibt uns einen Einblick in die Bedingungen in der frühesten Phase des Sonnensystems“, sagt Heck.

Die Hibonitkristalle und ihre Edelgaseinschlüsse entstanden noch in der Urwolke. © Field Museum, University of Chicago, NASA/ ESA, and E. Feild (STScl).

Die Wissenschaftler gehen davon aus, dass sich die Edelgas-Isotope im Hibonit nicht in Sonnennähe bildeten, sondern in einer eher kalten, äußeren Region der Urwolke. Nur dort konnten diese leicht flüchtigen Edelgase als Einschlüsse erhalten bleiben. Das aber bedeutet, dass die Strahlenausbrüche der jungen Sonne sehr weit ins All hinaus reichten. „Die Sonne war in ihrer Frühzeit sehr aktiv und gab einen viel intensiveren Strom an geladenen Partikeln ab als heute“, sagt Heck.

Gleichzeitig sprechen diese Ergebnisse dafür, dass das Sonnensystem nach dieser aktiven Phase einen fundamentalen Wandel erlebte, wie die Forscher berichten. In diesem ließ entweder die Aktivität der Sonne stark nach oder aber die Bedingungen in der Urwolke veränderten sich so, dass später gebildete Mineraleinschlüsse keine vergleichbaren Mengen kosmogener Edelgasnuklide mehr bildeten. (Nature Astronomy, 2018; doi: 10.1038/s41550-018-0527-8)

(Field Museum, 31.07.2018 – NPO)