Gammastrahlung liefert Einblick in die Geschichte der Sternentstehung

Die Entstehung neuer Sterne im Kosmos erreichte vor etwa zehn Milliarden Jahren ihren Höhepunkt. Das zeigt die Untersuchung der Gammastrahlung von 740 weit entfernten Strahlungsquellen durch ein internationales Team von Astronomen. Mithilfe des US-amerikanischen Satellitenobservatorium Fermi gelang es erstmals, das extragalaktische Hintergrundlicht und damit den Verlauf der Sternentstehung über 90 Prozent der kosmischen Geschichte hinweg zu messen, berichten die Wissenschaftler im Fachblatt „Science“.

„Die vom Fermi-Teleskop gelieferten Daten haben uns ermöglicht, das gesamte, jemals von Sternen ausgestrahlte Licht zu messen“, erläutert Marco Ajello von der Clemson University im US-Bundesstaat South Carolina. „Das ist zuvor niemals gelungen.“ Das Licht aller Sterne bildet den Hauptanteil des extragalaktischen Hintergrundlichts, das den gesamten Kosmos erfüllt. Dieses Hintergrundlicht stellt für hochenergetische Gammastrahlung eine Art Nebel dar: Stoßen Photonen der Gammastrahlung auf Photonen des Hintergrundlichts, so können sie sich in Elektron-Positron-Paare umwandeln. Damit verschwindet effektiv ein Teil der Gammastrahlung, abhängig von der Stärke des Hintergrundlichts.

Ajello und seine Kollegen haben mit Fermi die Gammastrahlung von 740 Strahlungsquellen, die unterschiedlich weit von uns entfernt sind, auf die Stärke dieser Absorption durch das Hintergrundlicht hin untersucht. So konnten die Forscher die Stärke des Hintergrundlichts in unterschiedlichen Entfernungen bestimmen. Der Blick in große Entfernungen ist dabei zugleich ein Blick zurück in die kosmische Geschichte: Wenn die Strahlung eines Objekts zehn Milliarden Jahre zur Erde unterwegs ist, so sehen wir dieses Objekt so, wie es vor zehn Milliarden Jahren ausgesehen hat.

Die Fermi-Daten liefern somit nicht nur die Stärke des Hintergrundlichts in unterschiedlichen Entfernungen, sondern zugleich auch zu unterschiedlichen Zeiten der kosmischen Entwicklung. Und die Stärke des Hintergrundlichts ist darüber hinaus ein Maß für die Sternentstehungsrate der jeweiligen Epoche, da junge Sterne besonders hell leuchten und somit entscheidend zum Hintergrundlicht beitragen. Wie die Messungen zeigen, stieg die Sternentstehungsrate im jungen Kosmos zunächst rasant an und erreichte vor etwa zehn Milliarden Jahren ihren Höhepunkt. Seither nimmt die Entstehung neuer Sterne kontinuierlich ab. Für Ajello und seine Kollegen ist diese Analyse erst der Anfang: Noch genauere Messungen mit künftigen Gamma-Teleskopen könnten wertvolle Informationen insbesondere über die frühesten Phasen der Entstehung von Sternen und Galaxien im jungen Kosmos liefern.

Bildquelle: Nasa