Blei zu Gold machen. Das war der Traum so mancher Alchemisten im 17. und 18. Jahrhundert. Einige, wie der Goldmacher Domenico Manuel Caetano (um 1670 – 23.09. 1708) bezahlten ihre Aktivitäten mit ihrem Leben, als ihre Geldgeber ihren Betrügereien auf die Schliche kam. Aber damals wusste man nicht, dass sich Element nicht mit chemischen Verfahren in andere umwandeln lassen. Es gibt auch keinen Stein der Weisen, der das Wunder bewirken kann.

Heute wissen wir, um aus unedlen Metallen wie Quecksilber Gold zu machen, brauchen wir die Physik, genauer die Kernphysik, denn für diese Transmutation müssen Eingriffe an den Atomkernen vorgenommen werden. Inzwischen sind wir tatsächlich in der Lage, Gold herzustellen, aber der damit verbundene Aufwand und die Kosten sind viel zu hoch, als dass es sich lohnen würde.

Um das Geheimnis der Goldherstellung zu lüften, müssen wir einen Blick tief in die Atome werfen. Ein Atomkern besteht aus Protonen mit einer positiven elektrischen Ladung und elektrisch neutralen Neutronen. Die verschiedenen chemischen Elemente unterscheiden sich nur durch die Anzahl der im Kern vorhandenen Protonen. Für jedes Proton besitzt ein Atom ein negativ geladenes Elektron. Diese schirmen die positive Kernladung ab, sodass ein Atom nach außen elektrisch neutral erscheint.

Um beim Traum der Alchemisten zu bleiben: Damit aus Blei Gold wird, müssen einem Bleiatom drei Protonen entfernt werden, denn in einem Bleikern befinden sich 82 Protonen, in einem Goldatom aber nur 79. Das ist aber gar nicht so einfach. Starke Kräfte in den Atomkernen wollen dies verhindern. Für die Umwandlung von Blei in Gold können dessen Atomkerne in Beschleunigern mit geeigneten subatomaren Teilchen beschossen werden. Nun ist aber ein Atomkern sehr, sehr klein und die meisten Projektile fliegen an einem Atomkern einfach vorbei. Nur wenige treffen ihn und reagieren mit seinen Bestandteilen. Das Ergebnis ist meist ein instabiler und radioaktiver Kern, der schließlich über mehrere Stufen in einen stabilen zerfällt. Je nach Prozesskette entstehen dabei verschieden Elemente, aber wegen des geringen Wirkungsgrades sind die Mengen in der Regel sehr gering.

Aber in der Natur kommen 92 verschiedene Elemente vor. Manche wie Eisen sind sogar recht häufig und werden von uns genutzt. Andere, wie Gold, sind dagegen seltener und deshalb wertvoll und teuer.

Wie hat die Natur das gemacht? War das ein einmaliger Vorgang, als das Universum noch sehr jung war oder geschieht das noch immer? Wer oder was sind die Alchemisten, die das Kunststück der Elemententstehung fertigbringen?

Seit etwa 150 Jahren sind Astronomen in der Lage, festzustellen, aus welchen Elementen Sterne bestehen, indem sie ihr Licht in seine Farben zerlegen. In diesen Spektren machen sich die einzelnen Elemente durch feine dunkle Absorptionslinien bemerkbar. Jede dieser Linien steht für genau ein bestimmtes Element. Aus den Stärken dieser Linien können die Forscher berechnen, wie viel eines Stoffes in einem Stern vorhanden ist. Es zeigte sich, dass in den meisten Sternen die Mengenverhältnisse der unterschiedlichen Elemente gleich sind.

Aber es gibt Ausnahmen. Im Winter funkelt der hellste Stern am Nachthimmel, Sirius im Sternbild Großer Hund. Sirius befindet sich aber nicht alleine im Weltall. Ein kleiner, lichtschwacher Stern, Sirius B, umkreist ihn, der überhaupt nicht in das bekannte Schema der Sterne passte. Sie hatten herausgefunden, dass seine Masse etwa der unserer Sonne entspricht. Dann müsste er aber wesentlich heller leuchten. Da dies nicht so ist, bleibt als einzige Erklärung, dass er ziemlich klein sein muss. Die Analyse seines Lichts ergab auch, das er kaum Wasserstoff und Helium enthielt. Vielmehr besteht er aus einem Gemisch von Kohlenstoff und Sauerstoff.

Nach und nach wurden immer mehr dieser Weißen Zwerge entdeckt. Ein weiterer Hinweis auf ihren Ursprung ergab sich, als Astronomen feststellen, dass sich viele Weiße Zwerge im Zentrum eines sie umgebenden sogenannten Planetarischen Nebels liegen. Offensichtlich entstehen sie, wenn ein Stern einen Teil seiner äußeren Hülle verliert und dabei die inneren Bereiche freilegt. Die Beobachtungen zeigen, dass der Nebel immer noch hauptsächlich aus Wasserstoff und Helium besteht, aber der Reststern nicht mehr.

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Kommentare (12)

  1. #1 tohuwabohu
    Berlin
    7. Januar 2018

    Da wundere ich mich etwas: Wenn in einer großen Sonne ein Eisenkern von nur ca. 4000 – 5000 km Durchmesser existiert, woher kommt dann das ganze Eisen für den Erdkern (Durchmesser: Äußerer Kern ca. 3500 km, Innerer Kern ca. 1200 km; Zusammensetzung: Äußerer Kern ca. 85% Fe/Ni, Innerer Kern ca. 80% Fe + 20% Ni). Das müßte demnach auch erst in ausreichender Menge bei der Kollision von Neutronensternen entstehen.

    Was mich aber noch zusätzlich interessiert: Wie werden die (schweren) Elemente durch die Explosion verteilt? Feinst verteilt als Gas bzw. Nanopartikel oder in gößeren Staubkörnern. Und wie kommt es dann, dass bei der Bildung der Erde sich die Elemente wieder entmischen und wir hier z.B. Goldadern finden können?

    • #2 hzekl
      8. Januar 2018

      Hallo tohuwabohu,

      Das Eisen im Kern der Erde stammt sehr wahrscheinlich nicht von einer Supernova, sondern von mehreren. Andererseits steht das Eisen kurz vor der Supernova unter extremen Druck. Damit enthält die rund 4500 Kilometer große Kugel mehr Masse als der Erdkern. Bei der Explosion wird erst einmal ein sehr heißes Plasma, ein Gas, ins All geschleudert und verteilt sich in der Umgebung des explodierten Sterns. Damit wird vermischt es sich mit der interstellaren Materie und unterliegt den dort wirkenden Einflüssen und Prozessen. Auf der Erde sind geologische Vorgänge dafür verantwortlich, dass Goldadern entstehen. Aber dafür bin ich nicht kompetent genug, um genaueres darüber zu sagen.

  2. #3 rolak
    7. Januar 2018

    Ein neues Blog^^ Willkommen und viel Spaß & Erfolg!

    (Nur anderthalb Stunden mehr gewartet und es wäre ein D-Sonntagskind geworden…)

  3. #4 MartinB
    7. Januar 2018

    Neuer Blog? Herzlich willkommen.

  4. #5 Gerald Fix
    7. Januar 2018

    Danke für diesen sehr schönen Artikel – auch, weil hier darauf eingegangen wird, wie ein derart massereiches Objekt auseinander fliegen kann.

    Eine, vielleicht abseitige Frage, drängt sich mir aber immer wieder auf: Wir sprechen von Sternen wie von Lebewesen, die geboren werden, jung sind, arbeiten :-), altern und sterben. Ist das eigentlich ein neuer oder ein alter Gedanke, dass Sterne leben?

    • #6 hzekl
      8. Januar 2018

      Tja, ob das ein alter oder neuer Gedanke ist, weiß ich nicht. Ich vermute aber, dass er rund 100 Jahre alt seine könnte, als man lernte, dass es Gebiete gibt, in denen neue Sterne entstehen. Supernovae waren auch bekannt.

  5. #7 michael
    7. Januar 2018

    Schön ein neuer Astronomieblog. Viel Erfolg und uns interessante Lektüre.

    • #8 hzekl
      8. Januar 2018

      Danke. Das freut mich sehr.

  6. #9 Ich
    8. Januar 2018

    Vielleicht haben die Alchemisten damals gedacht, das Bleisalz im Hirn würde bei geistiger Premiumleistung zu Gold werden.

    Der Körper als Reaktor. Vielleicht stimmt das sogar. Dann würde es den zu dieser Zeit auch bestehenden “Schädelkult” erklären, der auch dazu führte, dass die Schädel aus dem frischen Grab gestohlen wurden.

  7. #10 ralph
    8. Januar 2018

    Vielen Dank, für diese informative und kurzweilige Zusammenfassung. Das Universum musste scheinbar alle Register ziehen, um die komplette Palette der möglichen Elemente des Periodensystems zu erschaffen. Sonst gäbe es womöglich nichts und niemanden der das im nachhinein bestaunen könnte. Es wäre kein Leben in der uns bekannten Form denkbar, auch nicht die technischen Instrumente die uns helfen das alles zu verstehen. Entweder gab es von Anfang an einen Plan, oder alle möglichen Pläne werden in Multiversen n-ter Ordnung zwangsläufig und unaufhörlich durchgespielt. Letzteres schließt ersteres allerdings nicht aus.

  8. #11 Alderamin
    8. Januar 2018

    Juchhu, ein neuer Astronomie-Blog! Willkommen in meiner Linkliste.

    Aktuelle theoretische Berechnungen gehen von folgender Vorstellung aus: nachdem sich die beiden Sterne berührt haben, bilden sich nach wenigen tausendstel Sekunden drei Bereiche aus: im Zentrum rotiert mit hoher Drehzahl eine kugelförmige Masse, die die zweieinhalb bis dreifache Masse der Sonne enthält. Unter Umständen bildet sich daraus ein Schwarzes Loch, falls die Masse zu groß ist. Um dieses zentrale Objekt entsteht eine dicke Scheibe mit einer Masse von einigen hundertstel der Sonne. Das Ganze ist in eine Region geringer Dichte eingebettet. In der Scheibe entstehen zwei Spiralarme. In deren Spitzen werden aus der vorhandenen Materie die schweren Elemente aufgebaut. Nach kurzer Zeit dringt die Materie nach außen.

    Schöner erster Artikel. Über die Details einer Neutronensternverschmelzung wusste ich noch nichts. Hast Du die Info aus einem Paper oder Artikel? Hättest Du mal den Link dazu? Danke!

    • #12 hzekl
      8. Januar 2018

      Hallo Aldemarin,

      danke für das Lob. Es freut mich, das der Artikel dir gefällt. Der Dank geht auch an alle anderen Leser, die sich netter Weise positiv äußerten. Für positive Kritik, insbesondere falls einmal etwas unverständlich sein sollte, bin ich immer dankbar.

      Unter diesem Link – http://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/aa91c9 – findest du einen Fachartikel, in dem eigentlich alles steht. Weitere Quellenangaben zu den theoretischen Rechnungen sind darin ebenfalls zu finden. Der Artikel erfordert schon ein paar physikalische Kenntnisse. Allgemeineres darüber bietet auch http://www.spektrum.de. Das ist aber zum Teil auch kostenpflichtig.