Suche nach Supernovae in Mikrofossilien

Sterne, die mit etwa 10-facher Sonnenmasse entstehen können ihr Leben als Typ-II Kern-Kollaps Supernova beenden, während leichtere Sterne in binären Systemen als Typ-Ia Supernovae explodieren könnnen. Diese Explosionen versorgen das Universum mit den Bausteinen für neues Leben.

In beiden Supernova Typen werden große Mengen des neutronenreichen Isotops Eisen-60 produziert. Dieser Kern hat eine Halbwertszeit von 2,62 Millionen Jahren und wird fast ausschließlich in solchen Sternen produziert. Weil seine Halbwertszeit verglichen mit dem Alter des Sonnensystems sehr kurz ist, sollte auf der Erde kein Eisen-60 (mehr) zu finden sein. Entdeckungen von ⁶⁰Fe auf der Erde können also als direkte Interaktion unseres Planeten mit einer Supernova-Explosion in der Vergangenheit interpretiert werden.

⁶⁰Fe wurde kürzlich auf der Erde gefunden und nach geologischer Datierung fand die Interaktion mit der Supernova vor etwa 2-3 Millionen Jahren statt. Siehe: [K. Knie et al., Phys. Rev. Lett. 93, (2004) 171103; doi:10.1103/PhysRevLett.93.171103].

Wir beginnen ein Projekt zur Suche nach ⁶⁰Fe in Fossilien, allerdings etwas ungewöhnliche Fossilien: Kristalle aus purem Magnetit (Fe₃O₄), die in Magnetotaktischen Bakterien geformt werden. Die Bakterien extrahieren das Eisen aus dem Wasser und aus den Sedimenten in denen sie leben um die Magnetit Kristalle zu produzieren. Magnetit Fossilien wurden in ozeanischen Bohrkernen gefunden und lassen sich bis zu 1 Milliarde Jahre zurück datieren. Magnetit aus der Periode der Supernova Explosion vor 2-3 Millionen Jahren sollte ⁶⁰Fe enthalten. Aus diesen Bohrkernen muss genug Magnetit extrahiert werden um damit Proben für Beschleunigermassenspektrometrie (BMS) am MLL Beschleunigerlabor in Garching herzustellen.

Wir haben Kollaborationen mit Ramon Egli, von der Fakultät für Geophysik der LMU München, dessen Gruppe Erfahrung mit der Charakterisierung des mikrofossilen Inhalts von ozeanischen Bohrkernen hat, und mit der Gruppe von Dirk Schüler, von der Fakultät für Biophysik der LMU, Experten auf dem Gebiet der Kultivierung von magnetotaktischen Bakterien, hergestellt. Hier am MLL steht die empfindlichste Anlage der Welt für den Nachweis von ⁶⁰Fe mit BMS zur Verfügung.

Durch Kombinierung der Erfahrung in allen drei Teilgebieten planen wir:

Zu bestätigen, dass kultivierte Baktierien in der Tat ⁶⁰Fe aufnehmen und in Magnetosomen einbauen und die Effizienz dieses Prozesses zu bestimmen.
Chemische Techniken zu entwickeln um das Eisen aus den Bohrkernen zu extrahieren
BMS Messungen an kultivierten, ⁶⁰Fe enthaltenden, Magnetosomen durchzuführen. (mit künstlich hergestelltem ⁶⁰Fe)
BMS Messungen an Bohrkernproben durchführen um nach dem vergangenen Supernova Ereignis zu suchen.

Die Entdeckung von ⁶⁰Fe in Mikrofossilien wäre das erste Mal, dass das Signal eine kosmischen Ereignisses in den fossilen Aufzeichnungen unseres Planeten gefunden würde. Es könnte auch die Türe zu neuen BMS Experimenten mit anderen Isotopen in Biomineralien öffnen.