Sternenstaub: Erste Generation von Sternen entdeckt
Künstlerische Darstellung von CR7: die hellste Galaxie im frühen Universum.
Copyright: ESO/M. Kornmesser
Leiden (Niederlande) – „Wir sind alle Sternenstaub“, ist ein nicht nur in Liedtexten gerne verwendetes Bild. Jetzt ist Astronomen erstmals der beobachterische Nachweis der Quelle dieses Sternenstaubs gelungen. Hierbei handelt es sich um genau jene Generation massereicher Sterne, die bislang nur rein theoretischen existierten; von denen Forscher aber ausgehen, dass sie die ersten schweren Elemente im Universum erzeugt haben. Diese Elemente waren notwendig für die Entstehung der Sterne, die uns heute umgeben, ebenso wie für die Planeten, die sie umkreisen und das Leben, wie wir es kennen.
Entdeckt wurden diese Sterne im Innern der mit Abstand hellsten, bislang bekannten Galaxie im frühen Universum, mit Hilfe des Very Large Telescope der Europäischen Südsternwarte (ESO) sowie mit des W.-M.-Keck-Observatorium, dem Subaru-Teleskop und des Hubble-Weltraumteleskop von NASA und ESA. Die neu entdeckte Galaxie mit der Bezeichnung „CR7“ ist drei Mal so hell wie die hellste bisher bekannte ferne Galaxie.
Wie die Forscher um David Sobral vom Institute of Astrophysics and Space Sciences, der Faculty of Sciences der Universität Lissabon in Portugal und der Sternwarte Leiden in den Niederlanden aktuell im Fachjournal „Astrophysical Journal“ berichten, wurde lange über die Existenz von Sternen der ersten Generation diskutiert, die auch als Sterne der „Population III“ bezeichnet werden und die aus der vom Urknall stammenden Ur-Materie entstanden sind.
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„Alle schwereren chemischen Elemente – wie Sauerstoff, Stickstoff, Kohlenstoff und Eisen, die für das Leben unentbehrlich sind – wurden im Inneren von Sternen gebildet. Das bedeutet, dass die ersten Sterne aus den einzigen Elementen entstanden sein müssen, die vor diesen Sternen existierten: Wasserstoff, Helium und Spuren von Lithium.“
Tatsächlich müssen die Sterne der Population III gewaltig gewesen sein – mehrere hundert- oder sogar tausendfach massereicher als unsere Sonne – glühend heiß und kurzlebig – und wären als Supernovae nach gerade einmal zwei Millionen Jahren explodiert. Bis heute aber war die Suche nach einem Beweis für ihre tatsächliche physikalische Existenz ergebnislos gewesen.
Die nun entdeckte Galaxie mit genau Sternen dieser Generation haben die Forscher bei der Untersuchung einer Phase in der Gesichte des Universums entdeckt, die man als Reionisationsepoche bezeichnet und die sich schätzungsweise 800 Millionen Jahre nach dem Urknall ereignete. Anstatt sich bei ihren Beobachtungen nur auf einen kleinen Ausschnitt des Himmels zu beschränken, erweiterten die Astronomen ihren Beobachtungsbereich, um die umfangreichste Bestandsaufnahme weit entfernter Galaxien zu erstellen, die je angestrebt wurde. Hierbei entdeckte und bestätigte das Forscherteam eine große Zahl überraschend heller sehr junger Galaxien. Eine von ihnen, die als CR7 bezeichnet wird, entpuppte sich als ein außergewöhnlich seltenes Objekt und ist mit Abstand die hellste Galaxie, die je in dieser Phase des Universums beobachtet wurde. Allein schon durch die Entdeckung von CR7 und anderen hellen Galaxien war die Untersuchung bereits ein voller Erfolg.
Eine weitere Inaugenscheinnahme lieferte allerdings zusätzliche überraschende Neuigkeiten: Die Instrumente X-Shooter und SINFONI am VLT fanden starke Strahlung von ionisiertem Heliums in CR7, aber – und das war ausschlaggebend und überraschend zugleich – keinerlei Anzeichen schwerer Elemente in einem hellen Teil der Galaxie. Dies bedeutete, dass das Team den ersten brauchbaren Hinweis auf Haufen von Sternen der Population III, die ionisiertes Gas enthalten, innerhalb einer Galaxie im frühen Universum entdeckt hatte.
„Diese Entdeckung übertraf unsere anfänglichen Erwartungen, da wir nicht damit gerechnet hatten, eine solch helle Galaxie zu finden“, erläutert David Sobral. „Dann, als wir das Wesen von CR7 Stück für Stück enthüllten, verstanden wir, dass wir nicht nur die mit Abstand leuchtkräftigste entfernte Galaxie gefunden hatten, sondern begannen auch zu realisieren, dass sie jedes einzelne Merkmal besaß, das man von Sternen der Population III erwartet.“
Innerhalb von CR7 wurden blauere und etwas rötlichere Sternhaufen gefunden, die darauf hinweisen, dass die Entstehung von Sternen der Population III – wie vorhergesagt – in Wellen stattfand. Bei dem, was das Team direkt beobachten konnte, handelte es sich um die letzte Welle von Population III-Sternen, was darauf hindeutet, dass solche Sterne einfacher zu finden sein sollten, als ursprünglich gedacht: Sie befinden sich inmitten normaler Sterne in helleren Galaxien und nicht nur in den frühesten, kleinsten und dunkelsten Galaxien, die so lichtschwach sind, dass sie nur sehr schwer zu beobachten sind.
Jorryt Matthee, Zweitautor der Veröffentlichung, in der die Ergebnisse präsentiert werden, erläutert abschließend: „Ich habe mich immer gefragt, woher wir stammen. Schon als Kind wollte ich wissen, wo die Elemente herkommen: das Kalzium in meinen Knochen, der Kohlenstoff in meinen Muskeln, das Eisen in meinem Blut. Ich fand heraus, dass diese zum ersten Mal gleich zu Beginn des Universum von der ersten Generation an Sternen gebildet wurden. Bemerkenswerterweise sehen wir mit dieser Entdeckung solche Objekte tatsächlich zum ersten Mal.“
Um Zweifel daran, dass das, was beobachtet wurde, Sterne der Population III sind, auszuräumen und nach weiteren Exemplaren zu suchen und sie zu identifizieren, sind nun weitere Beobachtungen mit dem VLT, ALMA und dem Hubble-Weltraumteleskop geplant.
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