Die Herkunft des Goldes
Seid weihnachtlich gegrüßt,
Einleitung
Weihnachtszeit bedeutet Lichtertzeit.
Da gibt es Goldengel,
in goldenes Stanniol eingepackte Schokoladentaler,
goldenes Lametta,
Goldstaub,
goldene Sterne und vieles goldene mehr.
Nicht zuletzt beschenkt man sich gerne auch mal zu Weihnachten mit Goldschmuck.
Gold steht für Glanz, für Licht, für Reinheit und für hohen Wert.
Letzteres deshalb, weil Gold so selten hier auf Erden ist. Es macht viel Mühe, es zu finden und aus der Erde zu holen.
Astro-Geologisch betrachtet, gehört das Gold eigentlich gar nicht hier auf die Erde, und dennoch haben wir, wenn auch nicht viel, genug davon, um uns daran zu erfreuen.
Zumindest gehört es deshalb nicht hier her, weil es definitiv nicht in unserem Sonnensystem entstanden ist, was wir noch sehen werden.
Aber alles der Reihe nach.
Der Anfang
Kurz nach dem Urknall, als das Universum entstand, gab es im Wesentlichen nur das Element Wasserstoff, einen kleinen Anteil Helium und etwas Lithium.
Das dem so war, verrät uns das Sternenlicht sehr alter und zumindest teilweise bereits längst vergangener Sterne und gute Simulationen am Computer.
Da das Universum am Anfang noch deutlich kleiner war, als heute, standen die Sterne viel näher beieinander. Außerdem bildeten sich aus diesem Wasserstoff und Helium oft sehr große Sterne, die das zehnfache oder hundertfache unserer Sonne wiegen.
Somit waren die ersten Sterne aus der ersten Generation, die Astronomen nennen sie die dritte, sehr rein und bestanden fast nur aus reinem Wasserstoff, den sie langsam in ihren Kernen zu Helium verschmolzen.
So rechnen die Astronomen von der Gegenwart in die Vergangenheit und summieren die Generationen auf. Aus der Sicht des Universums und seines Lebens, ist die dritte Generation die älteste und erste, und die erste ist die neueste und jüngste im Jetzt.
Welcher Generation ein Stern angehört,
das verrät uns sein Licht. Älteres Licht als das, der Sterne der vom Universum aus gesehenen, aber aus unserer Sicht gesehenen dritten oder ersten Generation, gibt es quasi im Universum nicht.
was unser Sonnenfeuer schürt
Die Kernverschmelzung von Wasserstoff zu Helium, ist der Prozess, aus welchem wir unsere Sonnenwärme, ihr Licht etc. empfangen.
Vier Wasserstoff-Atome bestehend aus jeweils einem Proton im Kern und einem das Proton „umkreisenden“ Elektron werden zu einem Helium-Aton mit zwei Protonen und zwei Neutronen im Kern, und zwei Elektronen, die diesen „umkreisen“ verschmolzen.
Das Helium-Atom wiegt etwas weniger, als vier Wasserstoffatome,
Diese kleine Massendifferenz wird als Energie in Form von Neutrinos und dem, was wir letztlich als Sonnenwärme empfangen, davon getragen.
Alle Sterne funktionieren in derselben Weise.
Deshalb ist für Astronomen häufig der Rest der Chemie gar nicht so wichtig. Sie sagen, es gibt Wasserstoff und Helium, und der Rest ist Metall. Ein Astronom soll einmal gesagt haben, dass ein Stern einfacher funktioniere, als eine Eintagsfliege. Damit hat er vermutlich sogar recht.
Das ist aber genau die Genialität des Aufbaus und der Funktion von Sternen. Wären sie komplizierter, könnten sie nicht Milliarden von Jahren alt werden…
Wir gehen aber hier einen Schritt weiter, und spüren am Beispiel der Goldsuche dem Rest der Chemie nach, die letztlich unser Leben auf Erden ermöglichte.
Viel Brennstoff und nur ein kurzes Leben
Den ersten alten Riesigen Wasserstoff-Gasbällen der für Astronomen der dritten Generation angehörenden Riesensterne, war kein langes Leben beschieden. Desto größer ein Stern ist, desto schneller verbraucht er seinen Wasserstoff-Vorrat, weil er durch seine enorme Masse die Atome in seinem Inneren näher zueinander bringt, so dass es öfter passiert, dass welche miteinander zu schwereren Elementen verschmelzen können.
Wie er allerdings endet, hängt ganz davon ab, wie schwer er war.
Das hat jetzt aber nichts damit zu tun, wie die Menschheit mit Übergewicht und den damit verbundenen Risiken zu kämpfen hat.
Als unsere Sonne vor etwa viereinhalb Milliarden Jahren ihren Wasserstoff „zündete“, in Anführungszeichen, weil es sich hierbei um kein Feuer handelt, sondern um eine Kernfusion, waren die riesigen Wasserstoff-Sterne schon vergangen und haben ihre Asche, die chemischen Elemente ins Weltall geblasen.
Jedes chemische Element, das eine Vorläufer-Gaswolke, die ein Kandidat für einen Stern sein könnte, eingefangen hat, und das nun in ihm enthalten ist, verrät sich durch sein ganz charakteristisches Licht, sobald er seine Lampe, die Kernfusion in seinem Inneren, eingeschaltet hat. Somit hat jeder Stern, zumindest derselben Generation oder Entstehungsortes, einen quasi eigenen Fingerabdruck, denn Sterne entstehen oft gemeinsam in Gebieten mit den selben chemischen Eigenschaften.
Viele dürften noch aus der Schule wissen, dass verschiedene chemische Elemente Flammen unterschiedlich färben. Deshalb sind Feuerwerke so bunt und schön.
Die Elemente entstehen so:
Hat nun beispielsweise ein Stern, der Masse unserer Sonne etwa nach 10 Miliarden Jahren ihren Wasserstoff zu Helium verbacken, dann setzen andere Kernverschmelzungen in diesem Backofen ein.
Hier entsteht dann beispielsweise der Kohlenstoff(C12), der Sauerstoff(O16), Stickstoff(N14), Phosphor und weitere Elemente, die für uns lebensnotwendig sind.
In einem Stern, der mit unserer Sonne vergleichbar ist, kann aber kein schwereres Element, als Eisen entstehen, weil man Energie zuführen müsste, um schwerere Elemente, wie Blei, Wissmut und auch Gold zu erzeugen. Bisher hatten wir immer Glück. Aus Wasserstoff wird Helium und Energie. Daraus wird dann bis zum Eisen hin immer etwas und dazu noch Energie. Ab Eisen wirds dann nicht mehr kostenlos. Will man mehr, muss man Energie hinzu fügen, um schwereres zu bekommen. Die hat unsere Sonne nicht und kann sie sich auch nirgendwo pumpen.
Woher kommt dann das viel schwerere Gold? Wer spendete die Energie dafür?
Dazu müssen wir die alten Riesensterne betrachten, die zwar schon längst vergangen sind, aber deren Licht Milliarden Von Jahren uns von ihrer ehemaligen Existenz kündet.
Ein Riesenstern beendet sein Leben deutlich fulminanter, als es unsere kleine Sonne tun wird. Hat so ein Monster seinen Wasserstoff je nach Größe schon nach einigen Millionen von Jahren verbraten, dann endet er in einer riesigen Explosion, einer Nova oder Supernova. Es gibt verschiedene Szenarien und Typen von Novae, die hier jetzt nicht näher behandelt werden können.
Unsere Sonne ist klüger und geht ob ihres wenigeren Gewichtes gewissenhafter mit ihrem Wasserstoff-Brennstoff um. Sie wird noch mindestens fünf Milliarden Jahre für uns leuchten. Stimmt zeitlich zwar, aber, naja… Ein andermal davon.
Also bei Novae-Explosionen wird so viel Energie frei, dass auch schwerere Elemente über das Eisen hinaus entstehen können.
Es ist allerdings fraglich, ob wirklich alle Elemente so gebacken werden, ob die hier frei werdende Energie dafür ausreicht. Vermutlich nicht. Es sollte also noch einen anderen Mechanismus mit mehr frei werdender Energie geben, der dann das Periodensystem noch mit den schweren fehlenden Elementen, wie Gold anfüllt.
Stets werden alle Elemente, egal wo sie entstehen, mit den Explosionen und somit dem Tot von großen Sternen in den Weltraum verteilt. Das bedeutet, dass die Gaswolken der nächsten Sterngeneration, die zunächst nur aus Helium und Wasserstoff bestanden, nun leicht mit dem Staub, der Asche, der anderen toten Sterne, der schwereren chemischen Elemente, „verunreinigt“ wurden.
Jüngere Sterne sind quasi „schmutzig“, auch unsere Sonne trägt quasi ein Erbe ihrer Vorfahren, das wir heute in unseren Spektrometer an deren Licht erkennen können.
Dazu sei noch angemerkt, dass sich niemals aller Wasserstoff zu schwereren Elementen verbinden wird. Es blieb bisher immer genügend übrig, um die zweite und die dritte Generation zu zünden.
Jezt sag uns doch endlich, Du geschwätziger Astronom, wo es her kommt!!!
Die Steinplaneten, wie Merkur, Venus, Erde und Mars enthalten nun alle Elemente, also auch Gold.
Auch unsere Sonne hat etwas Gold mit bekommen. Man hat es inzwischen in ihrem Licht nachgewiesen. Im Verhältnis zu Wasserstoff und Helium ist das wirklich nur in Spuren dort enthalten, aber würde man das Gold der Sonne auf die Erde bringen, dann purzelten die Goldpreise ins Bodenlose und wir würden unsere Pausenbrote vielleicht in Goldfolie verpacken…
Seit vielleicht zwei Jahren ist uns noch eine andere Weihnachtsbäckerei bekannt, in welcher vermutlich noch viel effektiver Gold, Platin und andere wertvolle schwere Elemente gebacken werden.
Sehr häufig entstehen Sterne, welcher Größe auch immer, nicht alleine, sondern in Paaren.
Unsere Sonne ist alleine. Es gibt durchaus die Vermutung, dass sie ihre Schwester verloren hat. Man sucht tatsächlich nach Sternen, die den gleichen chemischen Fingerabdruck haben, wie unsere Sonne.
Ist nun ein ausgebrannter Sternrest nach seiner Nova noch etwa das anderthalb fache bis zu etwa dem vier fachen der Sonne schwer, endet er nicht wie sie, als weißer Zwerg, der dann langsam auskühlt und verblasst.
Ein Szenario, wie so ein schwerer Stern enden kann, ist ein Neutronenstern. Er ist so dicht, dass die Elektronen der Atome in die Protonen der Kerne gedrückt werden.
Er besteht nun aus entarteter Materie, die es auf Erden nicht gibt.
Dieser Sternenrest hat vielleicht einen Durchmesser von 30 – 40 Kilometern und ist das anderthalb bis das dreifache unserer Sonne schwer, die einen Durchmesser von 1,4 Mio Kilometer besitzt.
Nur am Rande: Noch schwerere Sternreste enden als schwarze Löcher.
Die Neutronensterne sind als Pulsare so interessante Objekte, dass wir uns ihnen unbedingt mal in einem extra Beitrag widmen müssen.
Ich sagte schon, dass Sterne oft zu zweit vorkommen.Somit kann es natürlich auch sein, dass beide, wenn sie ähnlich schwer sind, ihr Leben als Neutronensterne beenden.
Kreisen nun zwei Neutronensterne umeinander, so verliert das System langsam Energie, die in Form von Gravitationswellen davon getragen wird. Diese Wellen sind sehr schwach, aber man kann sie mittlerweile mit riesigen Detektoren messen.
Albert Einstein, der sie postulierte, hätte seine Freude daran, denn er dachte nicht im Traum daran, dass wir sie einst nachweisen können werden.
Über den Nachweis von Gravitationswellen schrieb ich vor einigen Artikeln.
Es ist nun gelungen, die Gravitationswellen eines Zusammenstoßes zweier Neutronensterne zu messen und gleichzeitig mit optischen Teleskopen in diese richtung zu schauen.
Dort fand man, im Lichte des Crashs, , dass diese Bäckerei noch viel effektiver alle chemischen Elemente backen kann, als irgendwelche Novae, seien sie auch noch so heftig.
Die hier frei werdende Energie reicht aus, alle Bausteine des Lebens und des Universums zu erzeugen.
Aus so einem Inferno, wo zwei Neutronensterne zusammenkrachen, entstehen ungefähr drei Erdmassen reinen Goldes. Das scheint viel, ist es aber nicht. Bedenken wir, dass jeder am Crash beteiligter Neutronensterne deutlich mehr, als unsere Sonne wiegt. Und bedenken wir dann auch, dass es sich hier nicht um einen Goldklumpen handelt, der jetzt am Stück durch das Weltall vagabundiert, sondern um Gold-Ionen, oder ganz feinen Goldstaub, der in alle Richtungen kugelförmig um die Unfallstelle herum fast mit Lichtgeschwindigkeit ins All geblasen wird. Nimmt man jetzt noch die riesigen Entfernungen von vielleicht Milliarden Lichtjahren zu uns an, dann dürften die Erwartungen von Spekulanten, Börsenmäklern und Schmuckherstellern bald schwinden, dass wir auf einen „Goldregen“ hoffen dürfen. Wie oben schon angedeutet, wäre das Gold schließlich wertlos, wenn es plötzlich in rauen Mengen verfügbar wäre.
Es scheint nun so zu sein, dass der Teil vieler schwerer chemischen Elemente in Zusammenstößen zweier Neutronensternen entsteht, und der Rest durch Supernova-Explosionen.
Es gibt keine unentdeckten chemischen Elemente mehr. Das Periodensystem ist lückenlos voll.
Alles, was jetzt momentan noch künstlich gebacken wird, zerfällt gleich wieder.
Es kann aber sein, dass man sich künstlich in der Element-Bäckerei einem Punkt annähert, den das Universum nicht erreicht, wo nochmal stabile künstliche Elemente entstehen könnten. Man wird sehen und erleben, ob es uns nützt.
Fazit
Gold ist so selten, weil wir alle Kinder des Feuers sind.
Damit Leben hier auf Erden chemisch überhaupt möglich wurde, dafür mussten bereits einige Sterne der ersten Generation ihr Leben lassen, um das Universum mit ihrer Asche, den chemischen Elementen, zu füllen. Denken wir immer daran, wenn wir uns an Gold erfreuen, das Leben den Tot bringt und umgekehrt.
Ist das nicht auch ein Paradox unserer Christenheit?
Gold könnte vom Anfang des Universums stammen.
Es ist sehr alt, und hat einen weiten Weg bis zu uns hinter sich.
Die sicherste Methode es vor Raub zu schützen ist, es einfach in einem Stern zu verstecken, wie es unsere Sonne tut. Ihr Licht bringt uns die Botschaft: „Ätsch, schaut mal. Ich hab viel davon, aber hole es Dir doch, wenn Du kannst…“
Wieso Gold golden glänzt, liegt an seinem einzigartigen Atomaufbau, der ebenfalls eine ganz seltene Eigenschaft des Goldes ist.
Die Geschichte der Herkunft des Goldes ließe sich sicher auch noch für andere Elemente ganz ähnlich erzählen, die ebenfalls nur im Crash zweier Neutronensterne entstehen können. Und seine Seltenheit im Universum erklärt sich mit dieser Tatsache auch. So, und nur so, kann es entstehen. Die leichteren Elemente, wie Kohlenstoff, Stickstoff etc. entstehen im Laufe des Lebens eines Sternes vermutlich in allen, also viel häufiger.
So, das war jetzt meine Gold-Geschichte. Über Kommentare etc. freut sich, wie immer
Ihr und euer Blindnerd Gerhard.
Ich wünsche Ihnen und euch eine schöne und geruhsame Vorweihnachtszeit.