Grundlagen für kohlenstoffbasiertes Leben lassen wenig Spielraum für Fehler

Die Masse der leichten Quarks (q) bestimmt die Produktion von Kohlenstoff und Sauerstoff und die Lebensfähigkeit von kohlenstoffbasiertem Leben. (Dean Lee. Earth and Mercury images from NASA)
Die Masse der leichten Quarks (q) bestimmt die Produktion von Kohlenstoff und Sauerstoff und die Lebensfähigkeit von kohlenstoffbasiertem Leben. (Dean Lee. Earth and Mercury images from NASA)

Leben, wie wir es kennen, basiert auf den Elementen Kohlenstoff und Sauerstoff. Jetzt betrachtet ein Team aus Physikern, darunter einer von der North Carolina State University, die Bedingungen, die für die Entstehung dieser beiden Elemente im Universum erforderlich sind. Sie haben herausgefunden, dass das Universum wenig Spielraum für Fehler lässt, wenn es zu der Unterstützung von Leben kommt.

Sowohl Kohlenstoff als auch Sauerstoff werden im Innern von Roten Riesen bei der Fusion von Helium produziert. Kohlenstoff-12, ein grundlegendes Element, aus dem wir alle bestehen, kann nur dann entstehen, wenn sich drei Alpha-Teilchen (Helium-4-Kerne) auf eine ganz bestimmte Weise miteinander verbinden. Der Schlüssel zur Entstehung ist ein angeregter Zustand von Kohlenstoff-12, der als Hoyle-Zustand bezeichnet wird und eine sehr spezifische Energie oberhalb der Energie von drei Alpha-Teilchen besitzt: 379 keV (379000 Elektronenvolt). Sauerstoff wird durch die Kombination eines weiteren Alpha-Teilchens mit Kohlenstoff-12 produziert.

Dean Lee von der North Carolina State University und seine deutschen Kollegen Evgeny Epelbaum, Hermann Krebs, Timo Lähde und Ulf-G. Meißner hatten zuvor schon die Existenz und Struktur des Hoyle-Zustands mit einem numerischen Gitter bestätigt, das den Forschern erlaubte zu simulieren, wie Protonen und Neutronen interagieren. Diese Protonen und Neutronen bestehen aus Elementarteilchen, die Quarks genannt werden. Die Masse der leichten Quarks (Anm. d. Red.: Up-, Down-, und Strange-Quark) ist einer der fundamentalen Parameter in der Natur und diese Masse beeinflusst die Energien von Teilchen.

In neuen Gitterberechnungen, durchgeführt am Supercomputer-Zentrum in Jülich, stellten die Physiker fest, dass schon eine leichte Variation bei der Masse der leichten Quarks die Energie des Hoyle-Zustands verändern würde und das wiederum würde die Bildung von Kohlenstoff und Sauerstoff auf eine Weise beeinflussen, dass Leben wie wir es kennen nicht existieren würde. “Der Hoyle-Zustand des Kohlenstoffs ist der Schlüssel”, sagt Lee. “Wenn die Energie des Hoyle-Zustands 479 keV oder mehr oberhalb der Energie der drei Alpha-Teilchen liegen würde, dann wäre die Menge des produzierten Kohlenstoffs zu gering für kohlenstoffbasiertes Leben.

“Das gleiche gilt für Sauerstoff”, ergänzt er. “Wenn die Energie des Hoyle-Zustand stattdessen 279 keV oder weniger betragen würde, dann gäbe es reichlich Kohlenstoff. Aber die Sterne würden ihr Helium viel früher in ihrem Lebenszyklus zu Kohlenstoff fusionieren. Infolgedessen wären die Sterne nicht heiß genug, um genug Sauerstoff für Leben zu produzieren. In unseren Gittersimulationen fanden wir heraus, dass eine zwei- bis dreiprozentige Änderung in der Masse der leichten Quarks zu Problemen mit der Häufigkeit von Kohlenstoff oder Sauerstoff im Universum führen würde.” Die Ergebnisse der Forscher erscheinen in den Physical Review Letters.

Die Forschungsarbeit wurde vom US-Energieministerium, der Deutschen Forschungsgemeinschaft, der Helmholtz-Gemeinschaft Deutscher Forschungszentren und dem Bundesministerium für Bildung und Forschung, sowie dem HadronPhysics3-Projekt der Europäischen Union und dem European Research Council finanziert.

Quelle: http://news.ncsu.edu/releases/tpleeanthropic/

(THK)

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