Daniel Grün: Der Ursprung der Elemente: Wissenschaft für jedermann aus dem Deutschen Museum

Wie entstehen die schwersten Elemente des Universums? Und welche Rolle spielen dabei die gewaltigen Kollisionen von Neutronensternen und Schwarzen Löchern?

Diesen Fragen widmet sich der Astrophysiker Daniel Grün in seinem Vortrag „Der Ursprung der Elemente“ aus der Reihe „Wissenschaft für jedermann“ des Deutschen Museums. Im Mittelpunkt stehen Gravitationswellen, kosmische Kollisionen und die Suche nach den Orten, an denen Elemente wie Gold und Platin entstehen.

Gravitationswellen machen das Universum hörbar

Vor mehr als 100 Jahren sagte Albert Einstein die Existenz von Gravitationswellen voraus. Dabei handelt es sich um winzige Wellen in der Raumzeit, die sich mit Lichtgeschwindigkeit durch das Universum ausbreiten.

Erst vor rund einem Jahrzehnt gelang der direkte Nachweis dieser Signale. Seitdem können Forschende mit gewaltigen Laserinterferometern kosmische Ereignisse untersuchen, die mit herkömmlichen Teleskopen teilweise unsichtbar bleiben.

Gravitationswellen entstehen unter anderem bei der Verschmelzung von Schwarzen Löchern und Neutronensternen. Die neue Form der Astronomie hat damit ein Fenster zu extremen Vorgängen im Universum geöffnet.

Überraschende Entdeckungen im Kosmos

Die Gravitationswellenastronomie hat bereits zu unerwarteten Beobachtungen geführt. Unter anderem wurden Schwarze Löcher entdeckt, deren Massen mit einigen bisherigen Modellen nur schwer zu erklären sind.

Gleichzeitig stellt die Verbindung von Gravitationswellenmessungen mit Beobachtungen im sichtbaren Licht Forschende vor große Herausforderungen. Bislang gelang eine solche eindeutige Kombination bei der Kollision zweier Neutronensterne im Jahr 2017.

Das dabei beobachtete kosmische Leuchtfeuer lieferte Hinweise auf die Entstehung schwerer Elemente wie Gold und Platin.

Ein mögliches neues kosmisches Ereignis

Besonders spannend ist eine weitere Entdeckung, die Daniel Grün in seinem Vortrag näher beleuchtet. Gravitationswellendetektoren registrierten ein Signal, das möglicherweise von der Kollision ungewöhnlich kleiner kompakter Objekte stammen könnte.

Solche Objekte werden als „Neutronenplaneten“ bezeichnet. Mit dem Wendelstein-Observatorium der Universitätssternwarte der LMU gelang dem beteiligten Forschungsteam die Beobachtung eines möglichen Leuchtsignals.

Damit stellte sich eine grundlegende Frage: Handelte es sich um die erste Beobachtung einer bislang unbekannten Klasse kosmischer Ereignisse – oder um einen außergewöhnlichen Zufall?

Wie entstehen Gold und Platin?

Die Suche nach dem Ursprung der Elemente gehört zu den großen Fragen der modernen Astrophysik. Besonders schwere Elemente entstehen nicht einfach unter gewöhnlichen Bedingungen in Sternen. Extreme kosmische Ereignisse können die dafür notwendigen Bedingungen schaffen.

Die Beobachtung von Neutronensternverschmelzungen eröffnet deshalb neue Möglichkeiten, den Ursprung dieser Elemente zu erforschen. Gravitationswellen und elektromagnetische Strahlung liefern dabei unterschiedliche Informationen über dasselbe kosmische Ereignis.

Daniel Grün erforscht die großen Strukturen des Universums

Daniel Grün beschäftigt sich mit den größten Strukturen des Universums und den Kräften, die deren Entwicklung bestimmen. Dafür analysiert er umfangreiche Himmelsdurchmusterungen, in denen Millionen von Galaxien erfasst werden.

Mit schwachen Gravitationslinseneffekten sowie photometrischen und spektroskopischen Beobachtungen untersucht er die Eigenschaften von Dunkler Materie und Dunkler Energie.

Für die Auswertung der riesigen Datenmengen kommen moderne statistische Verfahren und Methoden der künstlichen Intelligenz zum Einsatz.

Astrophysik trifft künstliche Intelligenz

Daniel Grün ist Professor für Astrophysik, Kosmologie und Künstliche Intelligenz an der Universitäts-Sternwarte der Ludwig-Maximilians-Universität München (LMU).

In seiner Forschung verbindet er astronomische Beobachtungen mit modernen Methoden der Datenanalyse. Dadurch lassen sich immer größere Datenmengen aus dem Universum systematisch untersuchen und neue Zusammenhänge sichtbar machen.

Der Vortrag entstand in Zusammenarbeit mit dem Exzellenzcluster ORIGINS sowie den Physikfakultäten der LMU und der Technischen Universität München (TUM).

Ein Blick auf die Entstehung der Elemente

„Der Ursprung der Elemente“ verbindet damit aktuelle Forschung zur Gravitationswellenastronomie mit einer der ältesten Fragen der Naturwissenschaft: Woher kommen die Bausteine, aus denen unser Universum und letztlich auch wir selbst bestehen?

Die Geschichte der Gravitationswellen zeigt, wie neue Messmethoden unser Verständnis des Kosmos verändern können – und wie die Kombination verschiedener Beobachtungen dabei hilft, die Entstehung der schwersten Elemente zu entschlüsseln.

Mehr unter: deutsches-msueum.de