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Stardust, wir erinnern uns. Die wackere Raumsonde, die durch einen Kometenschweif flog, und Proben zurückbrachte.
Und zwar nicht nur vom Kometenschweif, sondern was genauso spektakuläres: winzig kleine Teilchen von außerhalb des Sonnensystems, Interstellarer Staub (ISD).
Die Ergebnisse wurden in einem Science Paper zusammengefasst: Westphal et al. (viele, viele Ko-Autoren) Evidence for interstellar origin of seven dust particles collected by the
Stardust spacecraft
. Die Details werden in mehreren Papers in einer Ausgabe von Meteoritics&Planetary Science präsentiert.

Wieso sind die Dinger so interessant? Die Teilchen aus dem interstellaren Raum (das interstellare Medium, ISM) sollten in etwas mit dem Material identisch sein, aus dem sich die großen Molekülwolken bilden, in denen dann Sonnensysteme entstehen. Also ähnlich dem Ausgangsmaterial auch für unser Sonnensystem (und damit uns selber). Das Startmaterial in unserem System wurde natürlich in den letzten 4.56 Milliarden Jahren ordentlich durchgequirlt. Selbst in den primitivsten Meteoriten ist man sich nicht wirklich sicher, ob sich doch nicht etwas am Material seit dem geändert hat. Beste Kandidaten bisher waren Bestandteil von Kometen wie die IDP (Interplanetary Dust Particles), oder die gleich vor Ort eingesammelten Teilchen von der Stardust Sonde. Kometen werden als eine Art Kühlschrank angesehen, wo möglicherweise pristines, ursprüngliches Material weit draußen überwintert hat. Das ist natürlich auch ein Beweggrund für die Rosetta-Mission.
Allerdings gibt es Anzeichen, dass auch in den Kometen einiges an verarbeitetem Material vorhanden ist. Deshalb nutzte man die Mission dann gleich, um direkt Material einzufangen, welche von da draußen in das Sonnensystem einfliegt. denn dann kann man sich wirklich sicher sein, die Ur-Legobausteine in der Hand zu haben.

Unsere Kenntnisse über dieses Material waren bisher etwas indirekt. eine Möglichkeit war Spektroskopie. So gelang es 2004 in The absence of crystalline silicates in the diffuse interstellar medium von Franziska Kemper et al. (hier für lau auf arxiv)die im Wesentlichen amorphe, glasartige Struktur des Materials da draußen nachzuweisen. Die Raumsonden Galileo, Cassini, und Ulysses hatten huckepack Messgeräte dabei, mit welchen diese Teilchen mittels simpler Massenspektrometer untersucht wurden. eine schöne Übersicht von Krüge rund Grün et al. hier auf arxiv. Aber, wie gesagt, solche Teile im Labor untersuchen zu können ist natürlich der Idealfall.

Erst mal zum technischen Teil – wie wurden die Teile eingefangen? Im Prinzip wie die Kometenteilchen. Der Kollektor war allerdings anders ausgerichtet, um Partikel aus dem Sonnensystem zu vermeiden. Das Ding bestand aus 8 Platten aus Silica-Gel, die von einem Aluminiumrahmen zusammen gehalten wurden. Zwar waren in erster Linie die Gel-Platten als Auffangmedium gedacht, aber der Rahmen macht auch noch 15% der Gesamtfläche (0.1 m2) aus, wurde also auch untersucht. Die im Schnitt 0.2 Mikron großen Teilchen produzierten Krater auf den Aluminiumhaltern, während sie vom Silica-Gel etwas sanfter abgebremst wurden, die Einschlaggeschwindigkeiten lagen zwischen etwa 5 bis 15 Kilometern pro Sekunde.
Auf den Aluträgern wurden aus diversen Kandidaten am Ende 4, im Gel 3 wahrscheinliche Interstellare Staubteilchen gefunden, die meisten (5) durch freiwillige Helfer von Stardust@home.

Wie findet man heraus, ob die Teilchen tatsächlich von außerhalb des Sonnensystems stammen, oder einfach nur Abpraller von der Raumsonde oder heimische Staubteilchen sind? Als definiter Beweis gilt eine Sauerstoff-Isotopie, die von der für Material aus dem Sonnensystem abweicht. Das Kriterium wurde für kein Teichen erreicht. Ein weiteres Kriterium ist die Flugbahn des Partikels, die sich aus dem Einschlag im Silica-Gel herauslesen lässt. Dadurch wurde eine ganze Anzahl an Kandidaten aussortiert werden – zum Beispiel als Trümmer aus Einschlägen in die Solarzellen der Sonde. Bei den übrigen Kandidaten deutete die chemische Zusammensetzung (sehr hoher Aluminium-Gehalt) in einigen Fällen auf weitere Abpraller hin, in anderen war eine Untersuchung technisch zu schwierig. So blieben drei Teilchen aus den Silica-Platten am Schluss übrig.

Die Teilchen in Silica-Gel wurden sorgfältig herausgefräst, und dann mit zerstörungsfreien Techniken in einem Synchotron untersucht. Das ist ein Beschleunigerring (ca. 100 Meter Durchmesser), in dem in der Regel Elektronen auf sehr hohe Geschwindigkeiten (fast Lichtgeschwindigkeit) beschleunigt werden. Dabei geben sie elektromagnetische Strahlung über einen großen Wellenlängenbereich ab. Im Falle der Interstellaren Teilchen wurden Infrarotspektroskopie, Röntgenbeugung (beide für die Untersuchung der Kristall/Molekularstruktur) sowie Röntgen-Fluoreszenz uns STXM (Scanning Transmission Xray Microscopy) (für die Chemie) angewendet.

Die Krater auf dem Aluminiumträger wurden anderst untersucht. Hier wurden die Krater (kleiner denn 1 Micron) in einem Rasterelektronenmikroskop (REM/EDX) auf ihre Chemie untersucht (auch mittels der sehr empfindlichen Auger-Spektroskopie mit der die Chemie von sehr dünnen Schichten analysiert wird). Auch hier konnte anhand der Chemie einiges aussortiert werden.
Aus den Kandidaten wurden kleine Scheibchen mittels eines Ionenstrahls herausgefräst und mit Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) analysiert.

Zwar lässt sich eine Herkunft der Partikel innerhalb des Sonnensystems nicht völlig ausschließen, aber statistisch scheint es eher unwahrscheinlich zu sein.

Was aber ergaben die Untersuchungen? Die Teilchen bestehen vor allem aus Magnesiumreiche Silikaten – wie erwartet. Weiter wurden kleinere eisenreiche Phasen gesichtet- metallisch oder als Sulfid (FeS). Auch nix wirklich kontroverses.

Nicht ganz erwartet waren dagegen kristalline Minerale. Eigentlich sollte es im interstellaren Raum heftig genug zugehen, um jede Kristallstruktur zu zerlegen, also in einen glasartigen Zustand zu versetzen. Aber auch das ist nicht ganz neu, auch die bisherigen Messungen des ISM erlauben etwas kristallines Material.
Das mal so weit, vielleicht später mehr.

Ein Kommentar zu “Stardust: Staubbrösel aus der Unendlichkeit

  1. Pingback: Was in der Planetologie so abgeht: Presseschau August | EXO- PLANETAR

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