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Woher kommt das Eisen in unserem Blut? - Vom Urknall zum Sternenstaub: Wie das Universum uns erschuf | Fakten zum Einschlafen - Das Universum · Fakten zum Einschlafen – Das Universum

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  Willkommen bei Fakten zum Einschlafen. Das Universum.
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  Das Eisen in unserem Blut, das Calcium in unseren
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  Knochen und der Sauerstoff, den wir atmen, sind
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  keine reinen irdischen Produkte. Jedes dieser
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  Atome wurde vor Milliarden von Jahren im Inneren
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  von Sternen geschmiedet und durch gewaltige Explosionen
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  in den Weltraum geschleudert. Diese Episode folgt
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  der Reise eines einzelnen Eisenatoms von den
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  allerersten Momenten des Kosmos bis in die menschliche
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  Blutbahn. Dabei untersuchen wir, warum das frühe
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  Universum nur aus den leichtesten Elementen bestand
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  und wie aus diesen einfachen Gaswolken die extrem
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  massereichen Sterne der Population 3 entstanden.
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  Wir betrachten den dramatischen Moment, in dem
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  ein massereicher Stern sein Brennen einstellt,
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  in einer Sekunde in sich zusammenbricht, und
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  als Kern -Col -Abs -Supernova eine ganze Galaxie
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  überstrahlt. Genau in dieser finalen Explosion
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  entstehen die Bedingungen, unter denen Elemente
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  schwerer als Eisen geformt werden und das interstellare
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  Medium mit den Bausteinen für künftige Planeten
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  und Lebewesen anreichert. Bei der Arbeit an dieser
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  Episode kehrte ich immer wieder zu einer faszinierenden
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  Vorstellung zurück, die Materie, aus der wir
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  bestehen, ist nicht einfach nur da. Sie hat eine
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  13 Milliarden Jahre lange Geschichte hinter sich,
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  geprägt von unvorstellbaren Drücken, extremen
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  Temperaturen und gewaltigen Sternentoden. Es
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  ist ein tief beruhigender Gedanke, dass unsere
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  physische Existenz so unmittelbar und materiell
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  mit der Geschichte des Kosmos verbunden ist.
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  In ihrem Blut befindet sich gerade jetzt Eisen.
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  Vielleicht vier Gramm, genug für einen kleinen
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  Nagel. Dieses Eisen wurde in einem Stern geschmiedet,
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  der starb, bevor die Erde existierte. Und bevor
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  dieser Stern existierte, existierte das Eisen
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  selbst überhaupt nicht. Das Universum, sehen
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  Sie, musste erst lernen, wie es sie herstellt.
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  In ihrem Blut befindet sich Eisen. Nicht viel.
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  Insgesamt vielleicht vier oder fünf Gramm. Genug
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  für einen kleinen Nadel, wenn man alles zusammensammelte.
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  Das meiste davon sitzt in ihrem Hämoglobin, dem
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  Protein, das Sauerstoff von ihren Lungen zu jeder
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  Zelle ihres Körpers transportiert. Gerade jetzt,
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  während sie zuhören, befindet sich ein Teil dieses
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  Eisens in ihrem linken Oberschenkel. Ein Teil
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  in ihrem rechten Unterarm. Ein Teil wandert gerade
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  durch Ihr Herz. Nehmen Sie ein einziges Atom.
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  Irgend eines. Es hat keinen Namen, keine Nummer,
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  aber es hat eine Geschichte. Es ist älter als
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  die Erde. Älter als die Sonne. Älter als die
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  Galaxie, die wir unsere Heimat nennen. Wenn Sie
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  diesem einen Atom rückwärts durch die Zeit folgen
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  könnten, würden Sie es nicht im Boden unter Ihren
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  Füßen finden. Nicht in den Felsen dieses Planeten.
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  Nicht einmal im Nebel, aus dem unser Sonnensystem
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  entstand. Sie würden mehr als 13 Milliarden Jahre
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  zurückreisen, zu einem Moment, in dem dieses
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  Atom überhaupt nicht existierte. Das Universum
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  enthielt nur Wasserstoff und Helium, die beiden
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  einfachsten Elemente, die in gewaltigen, dunklen
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  Wolken durch den sich ausdehnenden Raum trieben.
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  Nirgendwo Eisen. Kein Sauerstoff. Kein Calcium.
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  Kein fester Boden irgendeiner Art. Nur die einfachsten
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  Atome und die Stille zwischen ihnen. Hier beginnt
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  unsere Geschichte. Nicht mit einem Knall, sondern
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  mit einem Warten. Das frühe Universum war in
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  den ersten paar hundert Millionen Jahren nach
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  seiner Geburt von außerordentlich einfacher Zusammensetzung.
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  Wasserstoffatome. Jedes ein einzelnes Proton
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  mit einem Elektron im Gefolge. Heliumatome, etwas
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  komplexer, zwei miteinander verbundene Protonen
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  und fast nichts sonst. Der Kosmos war ein Meer
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  aus diesen leichten Elementen, dünn verteilt
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  über den sich ausdehnenden Arm, allmählich abkühlend,
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  dunkel und still. Es gab keine Sterne, die es
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  erleuchteten. Keine Planeten, die dieses Licht
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  empfingen. Das Universum war reine Möglichkeit.
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  Keine Erfüllung. Doch diese Einfachheit enthielt
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  die Bedingungen für ihre eigene Verwandlung in
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  sich. Der Schlüssel liegt im Verständnis dessen,
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  was fehlte. In dem Universum, das wir heute bewohnen,
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  enthalten Gaswolken, die zu Sternen kollabieren,
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  mehr als nur Wasserstoff und Helium. Sie tragen
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  Spuren schwererer Elemente in sich. Kohlenstoff,
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  Sauerstoff, Eisen, verstreut durch frühere Generationen
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  von Sternen. Diese schwereren Elemente verändern,
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  selbst in winzigen Mengen, alles daran, wie sich
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  eine Gaswolke verhält. Sie strahlen Wärme effizient
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  ab und lassen die Wolke abkühlen, während sie
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  sich zusammenzieht. Eine abgekühlte Wolke zerbricht,
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  zersplittert in viele kleine Stücke Und jedes
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  Stück wird zu einem Stern mittlerer Größe. Unsere
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  Sonne entstand auf diese, weise, aus wiederverwertetem
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  Material. Und sie ist genau wegen der schweren
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  Elemente, die ihre Geburt mitgestalteten, ein
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  stabiler, langlebiger Stern. Aber in jenem ersten
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  Universum gab es solche Elemente nicht. Das Gas
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  war rein. Und einer Wasserstoff und eines Helium
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  sind, wie sich zeigt, furchtbar schlecht darin,
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  Wärme abzugeben. Stellen Sie sich eine gewaltige
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  Wolke aus urzeitlichem Gas vor, dunkel und kalt,
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  die beginnt, sich unter ihrer eigenen Schwerkraft
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  zusammenzuziehen. In einem modernen Sternentstehungsgebiet
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  würde diese Wolke schwach im Infraroten leuchten,
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  ihre Wärme abstrahlen. Und während sie schrumpfte,
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  würde sie zersplittern, wie eine Eisplatte, die
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  von einem Hammer getroffen wird. Sie würde in
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  Dutzende, Hunderte kleinerer, kollabierender
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  Fragmente zerbrechen. Jedes Fragment würde ein
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  bescheidener Stern werden, vielleicht wie unsere
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  Sonne oder kleiner. Doch diese uralte Wolke konnte
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  ihre Wärme nicht loswerden. Sie blieb heiß, aufgebläht,
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  Widerstand der Zersplitterung. Statt in viele
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  Stücke zu zerbrechen, kollabierte die gesamte
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  Masse weiter als Ganzes. Ein einziger dunkler
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  Embryo, der in seinem Zentrum dichter und heißer
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  wurde, mehr Gas verschluckte, mehr Material nach
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  innen zog. Keine Abkühlung, kein Auseinanderbrechen.
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  Ein monolithischer Kollaps, eine monströse Geburt.
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  Der Stern, der entstand, war nicht wie unsere
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  Sonne. Er hatte die hundertfache Masse unserer
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  Sonne, vielleicht die dreihundertfache, vielleicht
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  sogar noch mehr. Dies waren die Sterne der Population
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  3, die ersten Lichter im Kosmos. Und sie waren
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  anders als alles, was wir heute sehen. Kein menschliches
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  Auge hat je einen von ihnen direkt beobachtet.
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  Sie sind zu fern, ihr Licht zu schwach, ihre
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  Existenz zu weit in der Vergangenheit. Aber wir
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  können sie aus den Gesetzen der Physik rekonstruieren,
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  aus den Bedingungen, von denen wir wissen, dass
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  sie existierten, und aus den Spuren, die sie
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  hinterlassen haben. Sie waren nicht nur groß,
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  sie waren von grundlegend anderer Natur. Ihre
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  Oberflächen brannten bei Temperaturen von über
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  50 .000 Grad Celsius, fast zehnmal heißer als
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  unsere Sonne. Ihre Inneren waren Schmelzöfen
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  einer Art, die im Universum nicht mehr existiert,
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  mit Temperaturen von hunderten Millionen Grad
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  und Rücken, die milliardenfach größer waren als
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  die Erdatmosphäre. Und sie verbrannten ihren
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  Brennstoff mit erschreckender Geschwindigkeit.
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  Während unsere Sonne zehn Milliarden Jahre leben
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  wird, erschöpften diese ersten Sterne ihren Wasserstoff
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  in bloßen Millionen Jahren, manche in nur hunderttausend.
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  Je massereicher ein Stern, desto wütender brennt
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  er. Die Schmierkraft drückt auf jeder Ebene härter,
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  verlangt mehr Energie, um dem Kollaps zu widerstehen.
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  Und diese Energie kommt aus der Fusion, aus der
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  Umwandlung von Wasserstoff in schwerere Elemente.
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  Jeder Schritt setzt das Licht und die Wärme frei,
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  die einen Stern leuchten lassen. Treten wir in
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  einen dieser Sterne ein? Und sehen wir, was im
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  Inneren geschieht. Stellen Sie in sich als eine
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  Kugel aus verschachtelten Schalen vor, wie eine
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  Zwiebel, wobei jede Schicht bei einer anderen
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  Temperatur brennt. Die äußerste Schale fusioniert
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  Wasserstoff zu Helium, derselbe Prozess, der
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  heute unsere Sonne antreibt. Aber in einem Stern
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  dieser Masse geschieht alles schneller, heißer,
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  intensiver. Die Heliummasse sinkt nach innen.
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  sammelt sich an. Und wenn der Wasserstoffvorrat
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  zur Neige geht, zieht sich der Kern zusammen,
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  erhitzt sich weiter und entzündet die Heliumfusion.
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  Nun brennt eine neue Schale unter der alten.
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  Kohlenstoff entsteht. Sauerstoff. Der Stern bläht
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  sich auf, seine äußeren Schichten dehnen sich
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  aus, während der Kern immer heißer, immer dichter
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  wird. Unter der heliumbrennenden Schale entzündet
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  sich eine weitere Schicht. Neon brennt zu Magnesium
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  und Sauerstoff. Darunter brennt Sauerstoff zu
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  Silizium. Und im äußersten Zentrum eine Kugel
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  von ungefähr der Größe Jupiters, die bei mehreren
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  Milliarden Grad brennt, fusioniert Silizium zu
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  Eisen. Dies ist der kritische Moment. Der letzte
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  Moment. Eisen nimmt unter allen Elementen eine
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  Sonderstellung ein. Es ist der stabilste Atomkern
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  in der Natur. Man kann Energie freisetzen, indem
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  man leichtere Elemente fusioniert bis hinauf
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  zum Eisen. Man kann Energie freisetzen, indem
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  man schwerere Elemente spaltet bis hinunter zum
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  Eisen. Aber Eisen selbst kann nicht zu etwas
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  schwererem fusioniert werden, ohne Energie zu
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  verbrauchen statt freizusetzen. Es ist der Grund
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  des nuklearen Energiebrunnens, der Ort, an dem
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  der Prozess, der den Stern am Leben erhalten
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  hat, endgültig an sein Ende kommt. Wenn das Siliziumbrennen
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  im Kerneisen erzeugt, tritt der Stern in seine
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  letzten Stunden ein. Das Eisen sammelt sich an,
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  träge, unbeteiligt an der Energieproduktion,
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  die die Schwerkraft Millionen Jahre lang in Schach
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  gehalten hat. Der Kern wächst und wächst. Und
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  noch immer brennt die Fusionsschale um ihn herum,
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  noch immer wird mehr Eisen abgelagert. Bis der
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  Kern eine kritische Masse erreicht, etwa das
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  anderthalbfache der Masse unserer gesamten Sonne,
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  zusammengepresst in eine Kugel von ungefähr der
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  Größe der Erde. Dann, in weniger als einer Sekunde,
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  ändert sich alles. Stellen Sie sich vor, Sie
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  beobachten diesen Stern von innen. Millionen
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  Jahre lang war der Kern ein Schmelzofen, der
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  Licht nach außen strömte. Ein ununterbrochenes
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  Tosen von Energie, das gegen das Gewicht des
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  gesamten herabdrückenden Sterns ankämpfte. Dieses
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  Tosen ist das einzige, was den Stern aufrecht
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  hält. Jetzt, während das letzte Silizium zu Eisen
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  fusioniert, stoppt der Ofen. Nicht allmählich,
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  sofort. Das Licht im Zentrum des Sterns schaltet
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  sich einfach ab. Stille. Der Kern, nun träges
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  Eisen, hat nichts mehr zu verbrennen. Der nach
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  außen gerichtete Druck, der die Schwerkraft ausbalancierte,
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  verschwindet. Und der Stern, der ganze Stern,
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  jede Schicht vom Eisenkern bis zur Wasserstoffhülle,
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  beginnt zu fallen. Nicht langsam. Der Kern, eine
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  Kugel von der Größe der Erde, kollabiert in etwa
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  einer Viertelsekunde nach innen. Er schrumpft
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  von Erdgröße auf Stadtgröße in der Zeit, die
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  sie für einen Litschlag brauchen. Das Material
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  darüber, die Siliziumschale, die Sauerstoffschale,
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  die Neonschale, die Kohlenstoffschale, die Heliumschale,
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  die Wasserstoffhülle, alles stürzt herab, rast
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  mit einem Viertel der Lichtgeschwindigkeit auf
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  das Zentrum zu. Die Dichte im Zentrum wird unvorstellbar.
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  Elektronen werden in Protonen gepresst. Der Kern
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  verwandelt sich in eine Kugel aus reinen Neutronen,
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  einen Neutronenstern, eine Kugel von vielleicht
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  20 Kilometern Durchmesser, so dicht, dass ein
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  einziger Würfelzucker ihres Materials so viel
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  wiegen würde wie ein Berg. Die einstürzenden
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  Schichten des Sterns prallen auf diese unmöglich
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  harte Oberfläche und kommen zum Stillstand. Sie
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  können nicht weiter. Das Material prallt zurück.
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  Eine Schockwelle entsteht, eine physische Wand
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  aus Energie, die nach außen rast, an Kraft gewinnt,
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  während sie durch den kollabierenden Stern aufsteigt,
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  sich durch Schicht um Schicht reißt, bis sie
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  aus der Oberfläche ausbricht und den Stern auseinandersprengt.
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  Dies ist eine Kernkolaps -Supernova. Für ein
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  paar Wochen überstreit ein einzelner sterbender
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  Stern die gesamte Galaxie, die ihn enthält. Die
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  freigesetzte Energie übersteigt das, was unsere
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  Sonne während ihrer gesamten 10 Milliarden Jahre
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  langen Lebenszeit abstrahlen wird. Und im Herzen
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  der Explosion, in den Sekunden und Minuten unvorstellbarer
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  Temperatur und unvorstellbarer Neutronenflusses,
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  geschieht etwas Neues. Elemente schwerer als
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  Eisen werden geschmiedet. Gold, Platin, Silber,
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  Uran. Der schnelle Einfang von Neutronen baut
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  Atomkerne auf, die im gleichmäßigen Brennen eines
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  Sternkerns niemals entstehen könnten. Auch diese
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  Elemente werden nach außen geschleudert, gemischt
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  in die expandierende Wolke aus Wasserstoff und
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  Helium und leichteren Elementen, ausgesät in
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  das interstellare Medium. Der Stern ist gestorben,
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  aber er hat auch geboren. Und wir können dies
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  geschehen sehen. Das James Webb -Weltraumteleskop
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  hat mit seinen Infrarotaugen uralte Supernovae
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  aus der Jugend des Universums eingefangen, deren
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  Licht 13 Milliarden Jahre unterwegs war, um uns
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  zu erreichen. Hubble fand einige der frühesten.
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  Webb hat mehr gefunden und stößt immer näher
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  an jene erste Generation vor. Ihr Licht zeigt
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  uns das Universum, wie es war, als erst ein paar
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  hundert Millionen Jahre vergangen waren. Galaxien,
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  die sich bereits formten, bereits mit schweren
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  Elementen angereichert. Doch selbst diese uralten
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  Explosionen sind wahrscheinlich nicht die allerersten.
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  Sie gehören zur zweiten oder dritten Generation
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  von Sternen und tragen bereits Spuren früherer
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  Tode in sich. Die wahren Sterne der Population
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  3 bleiben verborgen, ihr direktes Licht zu schwach
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  für heutige Instrumente. Aber es gibt Hinweise.
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  Webb hat Galaxien erstaunlich früh in der kosmischen
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  Geschichte gefunden, die bereits bedeutende Mengen
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  schwerer Elemente enthalten. Das liegt nahe,
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  dass die ersten Supernovae sehr bald nach der
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  Entstehung der ersten Sterne auftraten, vielleicht
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  nur 150 bis 200 Millionen Jahre nach dem Urknall
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  selbst. Das Universum war jung. Die ersten Sterne
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  lebten kurz, starben gewaltsam und säten ihre
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  Umgebung mit den Bausteinen der Komplexität.
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  Bedenken Sie die Größenordnung dessen, was das
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  bedeutet. Das Universum ist 13 ,8 Milliarden
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  Jahre alt. Die ersten Sterne entstanden vielleicht
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  vor 13 ,6 Milliarden Jahren. Sie lebten ein paar
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  Millionen Jahre, explodierten, als das Universum
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  vielleicht 200 Millionen Jahre alt war, und verstreuten
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  ihre Asche über den Kosmos. Diese Asche trieb
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  Milliarden Jahre lang umher, durch die Entstehung
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  von Galaxien, durch unzählige weitere Sternenleben
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  und Sterntode. Bis vor etwa 4 -6 Milliarden Jahren
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  eine Wolke aus angereichertem Gas in einem Arm
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  der Milchstraße kollabierte und unsere Sonne
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  und ihre Planeten formte. Die Erde verdichtete
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  sich aus Material, das die Überreste jener ersten
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  Explosionen enthielt. Jedes Gramm unseres Planeten
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  ist wiederverwertetes Sternenmaterial. Das Eisen
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  in seinem Kern, das Silizium in seinen Felsen,
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  der Sauerstoff in seiner Atmosphäre, alles wurde
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  in Sternen geschmiedet und von Supernovae verteilt.
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  Und dann, vor etwa 3 ,8 Milliarden Jahren, geschah
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  auf diesem Planeten aus Sternenstaub etwas Bemerkenswertes.
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  Einfache Moleküle begannen, sich zu komplexeren
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  Strukturen zu organisieren. Diese Strukturen
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  lernten, sich zu vermehren, zu wachsen, sich
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  anzupassen. Leben entstand, entwickelte sich
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  weiter, diversifizierte sich. Pflanzen, Tiere,
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  Bewusstsein. Wesen, die fähig waren, über ihre
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  eigene Herkunft zu staunen, das Eisen in ihrem
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  Blut 13 Milliarden Jahre kosmischer Geschichte
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  zurückzuverfolgen. Sie sind nicht getrennt von
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  dieser Geschichte. Sie sind ihre Fortsetzung.
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  Die Atome in ihrem Körper, jedes Eisenatom in
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  ihrem Blut, jedes Calciumatom in ihren Knochen,
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  jedes Sauerstoffatom, das sie einatmen, alle
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  wurden in Sternen erschaffen, in Supernovae hinausgeschleudert,
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  trieben Milliarden Jahre durch den Raum, wurden
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  Teil der Erde, wurden Teil von ihnen. Sie bestehen
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  buchstäblich aus Sternenstaub. Aber das ist nicht
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  bloß eine poetische Wendung. Es ist eine physikalische
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  Tatsache, so konkret wie die Schwerkraft. Hier
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  ist etwas zum Nachdenken. Jenes Eisenatom in
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  ihrem Oberschenkel, das wir am Anfang ausgewählt
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  haben, befand sich einmal für den Bruchteil einer
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  Sekunde im Inneren eines Neutronensterns. Es
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  erlebte Dichten jenseits des vorstellbaren Drücke,
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  die einen Würfelzucker auf das Gewicht eines
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  Berges zusammenpressen würden, bevor die zurückprallende
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  Schockwelle es hinaus in die Leere schleuderte.
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  Einige der Atome in ihrem Körper sind möglicherweise
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  durch mehrere Sterne gegangen. Durch mehrere
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  Explosionen haben die Galaxie immer wieder durchlaufen,
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  bevor sie schließlich hier ankamen. Sie bestehen
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  nicht nur aus Sternenmaterial. Sie bestehen aus
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  Material, das verarbeitet, zusammengepresst,
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  explodiert und verstreut wurde, wieder und wieder
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  über kosmische Zeit hinweg. Die Verbindung ist
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  nicht metaphorisch. Sie ist materiell, direkt,
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  unausweichlich. Wenn Sie einen Felsen berühren,
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  berühren Sie Material, das in Sternkernen geschmiedet
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  wurde. Wenn sie atmen, tauschen sie Atome aus,
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  die einst den expandierenden Supernova -Überresten
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  durch die Galaxie kreisten. Wenn sie bluten,
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  verlieren sie Eisen, das 13 Milliarden Jahre
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  gereist ist, um sie zu erreichen. Die ersten
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  Supernovae erschufen die Elemente. Die nachfolgenden
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  Generationen von Sternen reicherten sie weiter
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  an. Die Erde formte sich aus diesem angereicherten
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  Material. Leben entstand, entwickelte sich weiter,
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  brachte schließlich Wesen hervor, die fähig waren,
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  diese Geschichte zu verstehen. Und jetzt, im
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  gegenwärtigen Moment sind sie hier, hören zu,
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  denken nach, tragen in ihrem Körper das physische
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  Erbe von Ereignissen, die geschahen, als das
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  Universum jung war. Die Verbindung ist ununterbrochen.
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  Der Faden reißt nicht. Von den ersten explodierenden
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  Sternen durch Milliarden Jahre kosmischer Entwicklung,
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  Zu ihnen, jetzt, in diesem Moment? Jenes Eisenatom
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  in ihrem Blut ist noch immer da, trägt noch immer
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  Sauerstoff, verrichtet noch immer seine stille
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  Arbeit. Es ist 13 Milliarden Jahre gereist, um
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  sie zu erreichen. Es wird seine Reise fortsetzen,
• 21:51
  lange nachdem sie gegangen sind, zur Erde zurückkehren,
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  durch Gestein und Ozean und Atmosphäre kreisen.
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  Vielleicht eines Tages seinen Weg in einen anderen
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  Stern finden, einen anderen Planeten, ein anderes
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  Lebewesen. Das Atom besteht fort. Es trägt seine
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  Geschichte in seiner Struktur, in der schieren
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  Tatsache seiner Existenz. Und für einen kurzen
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  Moment kreuzte sich diese Geschichte mit ihrer.