Wenn wir heute Berge, Gesteine und Mineralien betrachten oder an die verborgenen Schichten im Inneren der Erde denken, scheint es selbstverständlich, dass sie schon immer existierten. Doch die wissenschaftliche Forschung zeigt klar: Das Universum hat einen konkreten Anfang, und die Materie um uns herum – einschließlich des Menschen – durchlief einen langen, komplexen Entwicklungsprozess, bis sie ihre heutige Form erreichte.

1. Der Urknall und die primordiale Nukleosynthese

Vor etwa 13,8 Milliarden Jahren entstand das Universum aus einem extrem dichten und heißen Zustand in einem Ereignis, das wir heute den Urknall nennen. In den ersten Sekunden und Minuten existierten keine stabilen Atome, sondern ein heißes Plasma aus fundamentalen Teilchen. Während der ersten drei Minuten fand die primordiale Nukleosynthese (Big Bang Nucleosynthesis) statt: Es entstanden die leichten Elemente Wasserstoff (~75 %), Helium (~25 %) und winzige Spuren von Lithium-7. Beryllium-7 bildete sich ebenfalls, zerfiel aber instabil zu Lithium-7. Stabiles Beryllium-9 entstand in dieser Phase nicht in nennenswerten Mengen (Welt der Physik, 2023).

2. Entstehung der Sterne und stellare Nukleosynthese

Erst mehrere hundert Millionen Jahre später bildeten sich die ersten Sterne durch den Gravitationskollaps von primordialem Gas. In ihren heißen Kernen begannen die Prozesse der Kernfusion: Wasserstoff und Helium verschmolzen zu schwereren Elementen wie Kohlenstoff, Stickstoff und Sauerstoff bis hin zu Eisen (Fe-56), dem stabilsten Atomkern (DK, 2023).

Die Bildung schwererer Elemente über Eisen hinaus erforderte zusätzliche Energiequellen und verlief über andere Prozesse:

• s-Prozess (langsamer Neutroneneinfang): in den Kernen Roter Riesen, wo Atomkerne schrittweise Neutronen aufnehmen.
• r-Prozess (schneller Neutroneneinfang): in Supernova-Explosionen und Neutronensternverschmelzungen, die extreme Mengen an Neutronen und Energie bereitstellen. So entstehen Elemente wie Gold und Uran (Welt der Physik, 2023).

3. „Wir sind aus Sternenstaub gemacht“

Das berühmte Zitat „Wir sind aus Sternenstaub gemacht“ ist keine Metapher, sondern eine wissenschaftliche Tatsache. Alle Atome in unserem Körper – vom Kohlenstoff in unseren Zellen, über den Sauerstoff, den wir atmen, bis hin zum Eisen in unserem Blut – entstanden im Inneren von Sternen oder in ihren explosiven Endstadien (DK, 2023; Welt der Physik, 2023).

4. Kernastrophysik

Die Erforschung dieser Prozesse ist das Ziel der Kernastrophysik, die versucht, die Entstehung der Elemente quantitativ zu erklären. Sie erfordert ein tiefes Verständnis von:

• Struktur der Atomkerne (Kernphysik),
• Strömungsdynamik im Inneren von Sternen (Energie- und Materietransport),
• Plasmaphysik (Verhalten der Materie bei extremen Temperaturen und Dichten).

Nur durch diese Kombination können Wissenschaftler die Verteilung der Elemente im Universum nachvollziehen und die Entwicklung von Sternen, Planeten und Galaxien beschreiben.

📚 Quellen:

• Dorling Kindersley (DK): Rocks & Minerals – The Definitive Visual Guide, München 2023.
• Welt der Physik: Entstehung der Elemente. Hrsg. von der Deutschen Physikalischen Gesellschaft (DPG), gefördert vom BMBF. www.weltderphysik.de

European Space Agency (ESA): Planck’s view of the cosmic microwave background. esa.int