Astronomen finden chemischen Abdruck einer speziellen Sternexplosion im jungen Kosmos
Ein Forschungsteam aus China und Australien ist im Halo der Milchstraße auf einen ungewöhnlichen Stern gestoßen: Die chemische Zusammensetzung seiner Atmosphäre zeigt, dass er aus den Überresten eines der ersten Sterne im Kosmos entstanden sein muss. Bislang hatten Astronomen vergeblich nach solchen Spuren der ersten nach dem Urknall entstandenen Sterne gesucht. Die Beobachtungen bestätigen theoretische Vorhersagen, nach denen diese frühen Sterne sehr massereich waren, so die Wissenschaftler im Fachblatt „Nature“.
Etwa hundert Millionen Jahre nach dem Urknall vor 13,8 Milliarden Jahren bildeten sich die ersten Sterne. Da beim Urknall lediglich Wasserstoff, Helium und ein wenig Lithium entstanden ist und es noch keine schwereren Elemente gab, unterschieden sich diese Sterne erheblich von denen im heutigen Kosmos: Sie enthielten mehrere hundert Mal mehr Masse. Entsprechend verlief auch ihre Entwicklung anders – sie waren heißer, verbrauchten ihren Kernbrennstoff rascher und existierten deshalb nur wenige Millionen Jahre.
Auch ihr explosives Ende unterschied sich von heutigen Supernovae. In Sternen im Bereich von 140 bis 260 Sonnenmassen kam es zu einer so genannten Paar-Instabilität: Die im Stern erzeugte Strahlung wurde so energiereich, dass sie Paare aus Elektronen und Positronen erzeugen konnte. Dadurch sank der Druck der Strahlung schlagartig ab und das Innere des Sterns brach zu einem Schwarzen Loch zusammen – während die äußeren Schichten explosionsartig ins Weltall abgestoßen wurden.
Auf diese Weise gelangten die in den ersten Sternen und insbesondere auch bei ihrer Explosion produzierten schwereren Elemente ins Weltall – und von dort schließlich in neu entstehende Sterne. Deshalb suchen Astronomen seit langem in alten Sternen im Halo der Milchstraße nach Spuren der allerersten Sternengeneration. „Trotz jahrzehntelanger Anstrengungen ist es bislang aber nicht gelungen, den Abdruck dieser extrem massereichen Sterne nachzuweisen“, erläutern Qian-Fan Xing von der Chinesischen Akademie der Wissenschaften und seine Kollegen.
Doch in den Daten des chinesischen Spezialteleskops LAMOST stieß das Team auf einen alten Stern mit einer ungewöhnlichen chemischen Zusammensetzung – die ihn deutlich von ähnlichen Sternen unterschied. Weitere Beobachtungen mit dem großen Subaru-Teleskop auf Hawaii bestätigten schließlich den Verdacht der Forscher: Der Stern mit der Katalognummer J1010+2358 ist offenbar aus den Überresten eines extrem massereichen Sterns der ersten Generation entstanden. So zeigt seine Atmosphäre signifikante Unterschiede in der Häufigkeit benachbarter Elemente im Periodensystem – Elemente mit ungerader Ordnungszahl wie Natrium und Kobalt kommen in deutlich geringeren Mengen vor wie Elemente mit geraden Ordnungszahlen wie Magnesium und Nickel.
„Insbesondere dieser ungewöhnliche Unterschied zwischen ungerader und gerader Ordnungszahl stimmt mit den Vorhersagen von Modellen für Paar-Instabilitäts-Supernovae von Sternen mit 260 Sonnenmassen überein“, so Xing. Damit sei man erstmals auf einen direkten Beweis für diesen Prozess im frühen Kosmos gestoßen. Die Forscher hoffen nun, weitere alte Sterne mit ähnlich seltsamer Zusammensetzung aufzuspüren – und so einen Einblick in die Verteilung der Massen der ersten Sterne im Kosmos zu erhalten.
Bildquelle: NAOC
