Explodierte Sterne: Berliner Astronomin sucht nach Spuren in der Wüste

Ein Team um die Berliner Astronomin Jenny Feige will anhand von Proben aus der Atacama-Wüste die Geschichte unseres Sonnensystems und der Erde rekonstruieren.

Überreste einer Supernova, eine Aufnahme vom Hubble-Weltraumteleskop. Der Krebsnebel ist etwa 6500 Lichtjahre von der Erde entfernt und sechs Lichtjahre breit. Er stammt von einer Sternexplosion, die im Jahre 1054 beobachtet wurde.
Überreste einer Supernova, eine Aufnahme vom Hubble-Weltraumteleskop. Der Krebsnebel ist etwa 6500 Lichtjahre von der Erde entfernt und sechs Lichtjahre breit. Er stammt von einer Sternexplosion, die im Jahre 1054 beobachtet wurde.United Archives International/imago

Vom Physikgebäude der Technischen Universität (TU) Berlin aus hat man einen fantastischen Blick über Berlin. Die untergehende Sonne leuchtet an diesem Nachmittag rot in das kleine Büro in der achten Etage. Die Astronomin Jenny Feige, die hier sitzt, kann sich an diesem Anblick begeistern. Dabei interessiert sie sich normalerweise für Sterne, die viel größer und schwerer sind als die Sonne. Und die eines Tages als Supernova explodieren.

Bereits vor Jahren war die 41-jährige Forscherin mit einem verblüffend originellen Forschungsansatz bekannt geworden. Während andere Astronomen mit Teleskopen den Himmel erforschen, suchte Jenny Feige in der Tiefsee nach Spuren explodierter Sterne. Und sie konnte tatsächlich nachweisen, dass es vor Millionen Jahren große Supernova-Explosionen gab, deren Spuren sich heute auf der Erde finden lassen.

Nun verfolgt sie einen neuen Ansatz: Sie will in die Wüste gehen und dort nach den Hinterlassenschaften kosmischer Ereignisse suchen. Dazu startet sie im April ein neues Projekt, für das sie von der TU Berlin an das Museum für Naturkunde Berlin wechselt. Sie erhält dafür 1,76 Millionen Euro. Und zwar als eine von elf Berliner Forscherinnen und Forschern, die jüngst mit Starting Grants des Europäischen Forschungsrates (ERC) ausgezeichnet wurden. Europaweit konnten sich dabei 408 von 2983 Anträgen durchsetzen.

Die ersten Proben kamen aus der Tiefsee

Das Projekt trägt den englischen Titel „Novel perspectives on our Solar System History recorded in the Atacama Desert“ (NoShade), etwa sinngemäß übersetzt: „Neue Perspektiven auf die Geschichte unseres Sonnensystems, gewonnen in der Atacama-Wüste“. Jenny Feige soll „in einzigartiger Weise Geologie und Astronomie verknüpfen, um ein bisher nie dagewesenes konsistentes Bild der erdgeschichtlichen Entwicklung im Zusammenhang mit dem Kosmos zu schaffen“, wie das Naturkundemuseum mitteilte, das als Leibniz-Institut für Evolutions- und Biodiversitätsforschung zugleich Forschungsstätte ist.

Jenny Feige wirkt sehr jung, lacht sehr gerne und erzählt begeistert über ihr Fach. Geboren wurde sie 1981 in Woltersdorf am Rande von Berlin. Als Kind habe sie angefangen, sich für das Weltall zu interessieren, als sie ein Buch darüber in die Hände bekam, sagt sie. „Ich fand das toll, die Bilder, die Illustrationen.“ Aus dem Bekanntenkreis erhielt sie weitere Literatur. Sie kaufte sich ein Teleskop und Zeitschriften.

Irgendwann erfuhr sie, dass man in Wien Astronomie studieren könne, als eigenständiges Studienfach. Sie entschied sich dafür, und während des Studiums fand sie ihr Spezialgebiet. „Ich wollte nicht in die Beobachtung gehen“, erzählt sie. Sie interessierte sich für Analyse und theoretische Berechnungen. Über ihren Betreuer, den Astrophysiker Dieter Breitschwerdt, kam sie mit dem Thema der kosmischen Spurensuche auf der Erde in Berührung.

Einige Zeit zuvor war in Sedimenten der Tiefsee im Südpazifik, Tausende Meter unter der Meeresoberfläche, Eisen-60 entdeckt wurden. Dies ist ein ganz selten zu findendes radioaktives Eisen-Isotop, das auf der Erde natürlicherweise nicht entstehen kann. Es hat eine Halbwertzeit von 2,6 Millionen Jahren und bildet sich bei Explosionen sehr massereicher Sterne, die mindestens achtmal die Masse der Sonne besitzen. Sie werden Supernovae genannt.

Die Berliner Astronomin Jenny Feige sucht auf der Erde nach Spuren von kosmischen Ereignissen in den vergangenen Jahrmillionen.
Die Berliner Astronomin Jenny Feige sucht auf der Erde nach Spuren von kosmischen Ereignissen in den vergangenen Jahrmillionen.Berliner Zeitung/Markus Wächter

Erdnahe Explosionen vor etwa zwei bis drei Millionen Jahren

„Dieses Eisen-60 wird  bei der Explosion ausgeschleudert. Wenn das nahe genug passiert, kommt es mit interstellarem Staub in unser Sonnensystem und kann auch auf die Erde gelangen“, erzählt Jenny Feige. Nachzuweisen ist es vor allem dort, wo sich über lange Zeit Schichten ablagern und Sedimente bilden können, etwa in der Tiefsee. Jenny Feige zeigt im Gespräch unter anderem hellere Sedimente aus einem Bohrkern, eine dunkle, runde Manganknolle sowie eine Mangankruste, bei der wenige Zentimeter einen Zeitbereich von etwa zehn Millionen Jahren umfassen. In solchen Materialien fand sich das Eisen-60.

„Die Frage war: Wo kommt es her?“, sagt Jenny Feige. In ihrer Masterarbeit erklärte sie auf Basis astronomischer Daten, welche Sternhaufen dafür infrage kamen und wann die Stern-Explosionen stattgefunden haben könnten. In ihrer Doktorarbeit setzte sie dann das Thema experimentell an Eisen-60-Proben fort. Das Ergebnis war, dass über ihre Forschung in Nature berichtet wurde, einem der renommiertesten Wissenschaftsjournale der Welt.

Unter anderem fand Jenny Feige heraus, dass ein großer Teil des auf dem Grund des Ozeans gefundenen Eisen-60 von Sternen stammte, die vor etwa zwei bis drei Millionen Jahren explodierten. Die bisher erdnächsten Explosionen fanden nur etwa 300 Lichtjahre entfernt statt. „Da hat unser Vorfahre, der Australopithecus afarensis, auf jeden Fall ein schönes helles Licht neben unserer Sonne am Himmel gesehen“, sagt Jenny Feige. 

Die Astronomin will mehr als zehn Millionen Jahre zurückblicken

In ihrem neuen Projekt will Jenny Feige viele Millionen Jahre weiter zurückschauen, die Sternexplosionen noch genauer datieren und weitere kosmische Ereignisse finden – wie sie hofft. Die Idee mit der Forschung in der chilenischen Atacama-Wüste entstand über Kontakte mit Astrobiologen an der TU Berlin. Diese suchen in der Atacama nach Erbgutspuren, also Resten frühen Lebens. Dies geschieht unter anderem in der trockensten Region der Wüste, die sich klimatisch über die letzten 20 Millionen Jahre nicht groß verändert habe, wie Jenny Feige erzählt. Beim Austausch mit den Astrobiologen habe sie erfahren, dass man uralte kosmische Spuren nicht nur auf dem Grund des Ozeans finden könne, sondern auch in der Tiefe der Wüste.

Bereits 2018 reiste sie mit den Astrobiologen zum ersten Mal in diese chilenische Region, etwa auf der Höhe von Antofagasta. In einem mehr als vier Meter tiefen Loch nahm sie Proben, um in Vorstudien zu sehen, ob ihre Forschungsidee funktioniert. Anders als bei der Mangankruste vom Grund der Tiefsee erwartet Jenny Feige in den Wüstensedimenten eine bessere zeitliche Auflösung.

„Die Idee ist, mehr als zehn Millionen Jahre zurückzublicken, nicht nur, um zu untersuchen, welchen nahen Sternexplosionen die Erde in dieser Zeit ausgesetzt war, sondern auch, um herauszufinden, welche größeren kosmischen Ereignisse sich in unserem Sonnensystem selbst ereigneten, die interplanetaren Teilchenflüsse zur Erde verursachten“, erklärt Jenny Feige.

Staub von kollidierten Asteroiden oder zerborstenen Kometen

Vielleicht entdeckt sie Staub von kosmischen Zusammenstößen – etwa von Asteroiden, die irgendwann miteinander kollidierten oder sogar auf großen Objekten wie dem Mond oder dem Mars einschlugen. Oder von Kometen, die die Sonne umkreisten, schmolzen und auseinanderbrachen. Damit könnte man möglicherweise die Herkunft von Mikrometeoriten erklären, die man auf der Erde findet. Übrigens auch auf Dächern in Berlin. Denn die Erde fliegt regelmäßig durch interplanetare Staubspuren, die als Meteorströme am Nachthimmel jedes Jahr beobachtet werden können.

Auch die nahen Sternexplosionen interessieren Jenny Feige weiterhin. Sie will mit ihren Forschungen in der Atacama-Wüste genauer rekonstruieren, durch welche Medien sich das Sonnensystem und damit die Erde in den vergangenen zehn Millionen Jahren hindurchbewegte. Dazu erklärt sie: Eine Supernova-Explosion hinterlässt immer eine Blase aus dünnem, heißem Gas, weil das interstellare Medium weggeschoben wird. Der Rand der Blase besteht aus dichterem Material, nämlich dem zusammengeschobenen interstellaren Medium und dem ausgeworfenen Material aus der Supernova.

Das Sonnensystem in der Superblase aus Sternengas

Wenn dann die nächsten Supernova-Explosionen innerhalb der Blase stattfinden, dann blasen sie die Blase jedes Mal weiter auf – sie wird zur Superblase. So eine ist die sogenannte Lokale Blase, eine Struktur mit einer Ausdehnung von etwa 600 mal 1200 Lichtjahren, innerhalb derer sich das Sonnensystem heute befindet. Diese entstand einst durch eine Reihe von Sternexplosionen. Insgesamt sollen in den vergangenen 13 Millionen Jahren 16 Sterne im Umfeld des Sonnensystems explodiert sein.

„Das zwei bis drei Millionen Jahre alte Eisen-60-Signal könnte beim Durchflug des Sonnensystems durch die dichtere Schale der Lokalen Blase entstanden sein“, sagt Jenny Feige. „In der Blase angekommen, wurde die Erde noch mehrmals mit Material einzelner Sternexplosionen bombardiert.“ Auch vor sieben Millionen Jahren sei schon einmal Eisen-60 zur Erde gekommen. Dies könnte durch einen früheren Durchflug durch eine andere Superblase passiert sein.

Zusätzlich sammle die Erde Eisen-60 aus der sogenannten Lokalen Flocke auf, einer Art Nebel, durch den sich das Sonnensystem seit etwa 60.000 Jahren bewegt. Jenny Feige will nun mit ihren Wüstensediment-Analysen diese „unterschiedlichen Signaturen besser auflösen und damit den Weg des Sonnensystems durch das turbulente interstellare Medium verstehen“, wie sie sagt.

Noch in diesem Jahr will das Forscherteam in die Atacama-Wüste reisen

Bereits seit einiger Zeit arbeitet Jenny Feige mit dem Museum für Naturkunde zusammen, weil es dort eine intensive Mikrometeoriten-Forschung gibt, dazu moderne Technologie, die sie benötigt, unter anderem ein Elektronenmikroskop. Nun will sie am Naturkundemuseum mit den 1,76 Millionen Euro ihres europäischen Starting Grants eine interdisziplinäre Arbeitsgruppe aufbauen. Für die Forschung braucht es Wissen aus Geologie, Astrophysik, Chemie, Mineralogie und anderen Bereichen.

Das Geld wird für Mitarbeiter gebraucht, für Laborarbeit, für die Analysen der Sedimente und Mikrometeoriten am Museum, für Isotop-Untersuchungen an Beschleuniger-Massenspektrometern, wie sie etwa in Dresden, Wien oder dem australischen Canberra stehen, sowie für „Equipment im Gelände“.

Jenny Feige will noch in diesem Jahr mit ihrem Team in die chilenische Atacama-Wüste reisen. Und von da an regelmäßig. Mit Presslufthammer und Schaufel wollen die Forscher sich an verschiedenen Stellen der Wüste in die Tiefe graben und Proben nehmen. Möglicherweise werde im Rahmen des Projekts auch eine Tiefenbohrung gemacht. Das stehe jedoch noch nicht fest, so Feige.

Wie hat Staub aus dem Weltall das irdische Klima beeinflusst?

„Meine Aufgabe sind hauptsächlich die kosmischen Ereignisse“, sagt Jenny Feige. Aber möglicherweise könnten ihre Forschungen zum Kosmos auch irdische Fragen beantworten, die damit zusammenhängen. Zum Beispiel, wie „stauberzeugende“ Ereignisse im All „das Klima und die biologische Evolution auf der Erde“ veränderten und was „wir für die Zukunft daraus ableiten“ können, wie das Naturkundemuseum schreibt. Jenny Feige hat für solche Fragen Kontakte mit Spezialisten anderer Gebiete geknüpft, denen sie interessante Entdeckungen weiterleiten kann. Sie spricht von „Kollaborationen“, etwa mit dem Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung (PIK).

In der Atacama-Wüste habe es zum Beispiel vor etwa 2,2 Millionen Jahren einen Wechsel von aridem zu hyperaridem Klima gegeben, erzählt Jenny Feige. Es wurde also noch trockener als es vorher war. „Und genau da haben wir in den Tiefsee-Sedimenten ein Supernova-Signal gefunden.“ Zusammenhänge seien jedoch schwer herzustellen. Man müsse zum Beispiel schauen, ob man mehrere Ereignisse mit ähnlichem Muster finde.

Auf die Frage, ob der Erde in absehbarer Zeit Folgen einer Supernova-Explosion drohe, sagt sie, dass der nächste Kandidat dafür mit 600 Lichtjahren viel zu weit entfernt dafür sei. Es ist der Stern Beteigeuze im Sternbild Orion, der den 662-fachen Durchmesser der Sonne hat. Bis er explodiere, vergingen auch noch Hunderttausende von Jahren.

Menschen die Inhalte der Forschung nahezubringen, ist sehr wichtig

Für ihre Forschung wurde Jenny Feige schon mehrere Male ausgezeichnet. Sie erhielt Preise für ihre Magisterarbeit und ihre Dissertation sowie den Klaus-Tschira-Preis für verständliche Wissenschaft in Physik. Sie selbst glaubt, dass dies alles an dem Thema liege, das man sehr gut erklären könne.

„Kosmische Spuren auf der Erde suchen oder Mikrometeoriten anfassen können – das ist immer etwas, das die Leute begeistert“, sagt sie. Doch das ist es nicht allein. Jenny Feige gehört zu jenen Forscherinnen und Forschern, die das tun, was die Wissenschaft generell mehr machen sollte: zu den Menschen gehen, Zusammenhänge erklären, Fragen beantworten.

„Ich finde es auf jeden Fall wichtig“, sagt sie. „Man ist ja dem Steuerzahler auch ein bisschen Rechenschaft schuldig, zu zeigen, was wir so treiben in der Forschung. Mir macht es auch Spaß.“ Man sollte aber auch aufpassen, dass es nicht zu viel werde. Wie viel Spaß sie dennoch immer wieder daran hat, zeigte etwa ihre Teilnahme an Science Slams, bei denen es um die populärwissenschaftliche und originelle Vermittlung von Forschung in Kurzvorträgen geht. 2017 belegte sie hier beim Bundesfinale im Wissenschaftsjahr Meere und Ozeane den dritten Platz.