Es begann in den ersten Minuten des Urknalls, als sich schon die Atomkerne der Elemente Wasserstoff, Helium und Lithium bildeten. Damit Elektronen an diesen Kernen gebunden werden konnten und so die ersten Elemente entstanden, musste sich das Universum über weitere 380.000 Jahre abkühlen. Alle anderen Elemente des Periodensystems haben ihren Ursprung in Sternen, bis auf die Allerschwersten, die künstlich in Forschungszentren wie GSI synthetisiert wurden. Sterne nutzen hierbei die Eigenschaft aus, dass durch die Fusion von zwei leichteren Kernen zu einem schwereren Kern Energie gewonnen werden kann, die der Stern nutzt, um für Millionen bis Milliarden Jahre in einem Gleichgewicht zu existieren und dabei auch noch große Mengen an Energie abzustrahlen. Irgendwann hat ein Stern sein nukleares Energiereservoir aufgebraucht, dann ereilt ihn, wenn er massiv genug ist, ein dramatisches Schicksal: er explodiert als Supernova und schleudert dabei die Elemente, die er im Inneren erbrütet hat, ins Weltall, wo sie auf einem kleinen Planeten um einen recht unauffälligen Stern zur Formation von Leben genutzt wurden.
Supernovae erzeugen allerdings nur Elemente bis hin zum Eisen-Nickel-Massebereich. Um die schwereren Elemente zu machen, hat die Natur einen anderen Trick: durch die fortschreitende Anlagerung von Neutronen an Saatkernen kann sukzessive die Massenzahl der Kerne erhöht werden, wobei diese Sequenz von Zerfällen unterbrochen wird, bei denen sich ein Neutron in ein Proton umwandelt und man so einen Schritt in der Periodentafel weiterkommt. Das Problem des Tricks liegt allerdings darin, dass es eigentlich nach dem Urknall keine freien Neutronen mehr gibt und der Stern diese vor Ort erzeugen muss. Dies kann recht friedlich während spezieller Perioden im Leben von Sternen, die etwas massiver als die Sonne sind, geschehen, oder aber auch in spektakulären Ereignissen wie derVerschmelzung von zwei Neutronensternen.
Die Sonne ist ein Allerweltsstern, nur nicht für uns, da wir ohne ihn nicht existierten. Wir wissen heute sehr viel von der Sonne und haben es geschafft, mit zwei unterschiedlichen Methoden ins tiefe Innere der Sonne zu schauen und unsere theoretischen Vorstellungen über Sterne zu testen, mit spektakulären Erfolgen.
Der Vortrag wird zunächst die kosmische Alchemie der ersten fast 14 Milliarden Jahre des Universums diskutieren. Aber zum Schluss will Karlheinz Langanke noch einen Ausblick wagen auf die nächsten Milliarden Jahre und danach.
Karlheinz Langanke studierte Physik an der Universität Münster und promovierte dort im Jahr 1980. Anschließend ging er als Post-Doc ans California Institute of Technology (Caltech). Von 1987 bis 1992 war er Professor in Münster, danach wurde er Mitglied der Fakultät am Caltech. Im Jahr 1996 nahm er einen Lehrstuhl an der Universität Aarhus in Dänemark an. Im Jahr 2005 wurde er Professor für Theoretische Physik an der Technischen Universität Darmstadt und leitender Wissenschaftler bei GSI. Dort war er auch für einige Jahre bis zu seiner Pensionierung 2022 Forschungsdirektor und für zwei Jahre, 2015 und 2016, Wissenschaftlicher Geschäftsführer ad interim. Seine Forschungsschwerpunkte sind die Kernprozesse, die in Sternen und stellaren Explosionen ablaufen. Karlheinz Langanke wurde für seine wissenschaftlichen Arbeiten unter anderem mit dem Lise-Meitner-Preis der European Physical Society ausgezeichnet und von dieser Gesellschaft 2023 zu einem ihrer Ehrenmitglieder gewählt.
Foto: NASA, ESA, NRAO AUI NSF and G. Dubner/University of Buenos Aires (o.); G. Otto, GSI/FAIR (u.)
