Chemisch reinster Stern entdeckt – Blick ins frühe Universum

Chemisch reinster Stern aus den Anfängen des Universums entdeckt – so sahen die ersten Sterne aus

Ein uralter Stern mit extrem wenig Metallen liefert neue Hinweise darauf, wie der erste Stern im Universum entstand und sich entwickelte.

Am Anfang, nach dem Urknall, bestand das Universum fast nur aus Wasserstoff und Helium. Die ersten Sterne waren riesig, sie brannten heiß und verschwanden schnell wieder. In ihrem Inneren entstanden erstmals schwerere Elemente. Als diese Sterne explodierten, verteilten sie ihr Material im All. Aus den Überresten bildeten sich neue Sterne. Dieser Prozess wiederholte sich viele Male. So entstanden nach und nach die Elemente, aus denen heute das Eisen in unserem Blut und der Sauerstoff in der Luft bestehen.

Ein jetzt entdeckter Stern erlaubt einen besonders klaren Blick in diese frühe Phase. Er gilt als bislang chemisch reinster Stern und enthält ganz wenige schwere Elemente. Seine Zusammensetzung zeigt, unter welchen Bedingungen sich die ersten langlebigen Sterne bilden konnten. Die Ergebnisse geben zugleich Einblick in eine Zeit, die bisher kaum direkt zugänglich war.

Extrem niedrige Werte liefern überraschend klare Hinweise

Der jetzt identifizierte Stern SDSS J0715−7334 liegt rund 80.000 Lichtjahre entfernt. Seine chemische Zusammensetzung fällt extrem aus. Der Anteil an Eisen ist etwa 20.000-mal geringer als in der Sonne, auch Kohlenstoff ist kaum vorhanden.Viele extrem alte Sterne sind eisenarm, enthalten aber oft relativ viel Kohlenstoff. Bei SDSS J0715−7334 ist auch dieser Anteil auffallend niedrig. Diese Kombination macht ihn zum bislang ursprünglichsten bekannten Stern.

Diese Zahlen sind wichtig, weil sie Rückschlüsse auf das Alter und die Entstehung erlauben. Je weniger schwere Elemente ein Stern enthält, desto früher muss er entstanden sein. In diesem Fall sprechen die Werte für eine Entstehung kurz nach den ersten Generationen von Sternen. Er gehört wahrscheinlich zu den direktesten bekannten Nachkommen der allerersten Sterne im Universum.

SDSS J0715−7334 entstand vermutlich im Umfeld der Großen Magellanschen Wolke und bewegt sich inzwischen auf einer Bahn, die ihn in die Milchstraße führt. Er ist damit gewissermaßen ein Einwanderer aus einer anderen Galaxie. Außerdem deuten die chemischen Spuren auf ein einzelnes, sehr frühes Ereignis hin: die Explosion eines Sterns mit rund 30 Sonnenmassen. Aus dem dabei freigesetzten Material entwickelte sich später das Objekt SDSS J0715−7334.

Staub kühlt Gas und ermöglicht kleinere Sterne

Die Messwerte zeigen außerdem: Schwere Elemente allein reichen nicht aus, um kleine Sterne zu erklären. Stattdessen spielt feiner kosmischer Staub eine wichtige Rolle. Diese winzigen Partikel entziehen dem heißen Gas Energie. Dadurch kühlt es ab und zerfällt in viele kleine Bereiche. So können mehrere kleine Sterne entstehen – statt eines einzigen großen. Nach heutigen Modellen funktioniert die Entstehung solcher Sterne ohne diesen Staub gar nicht.

Die Daten des Sterns liefern einen selten klaren Vergleichsmaßstab:

Der Eisenanteil liegt bei etwa 1/20.000 des Sonnenwerts
Auch andere schwere Elemente sind extrem selten
Der Stern enthält mehr als zehnmal weniger dieser Elemente als selbst die ursprünglichsten bekannten Galaxien
Diese Galaxien wurden unter anderem vom James-Webb-Teleskop untersucht

Entdeckung gelingt durch ungewöhnlichen Uni-Kurs

Die Spur zu diesem Stern begann nicht in einem Großprojekt, sondern in einem Kurs an der University of Chicago. Studierende durchsuchten bestehende Sternkataloge nach auffälligen Mustern. Anschließend beobachteten sie ausgewählte Kandidaten mit Teleskopen in Chile.

In einer Beobachtungsnacht fiel das Objekt durch seine extremen Messwerte auf. Weitere Analysen bestätigten den Befund. Aus den Daten entstand schließlich die Veröffentlichung im Fachjournal.

„Diese ursprünglichen Sterne sind Fenster in die Frühzeit von Sternen und Galaxien“, sagt der Astronom Alexander Ji. „Ich habe viel erwartet, aber das übertrifft alles.“

Der Fund liefert eine Art Vorlage für die Suche nach weiteren extrem ursprünglichen Sternen. Ihre chemischen Spuren verraten, welche Sternexplosionen am Anfang des Universums stattfanden und wie daraus später neue Sterne entstanden. Mit jedem ähnlichen Objekt wird das Bild dieser frühen Phase klarer.

Kurz zusammengefasst:

Der Stern SDSS J0715−7334 enthält extrem wenig schwere Elemente und gilt deshalb als einer der direktesten bekannten Nachkommen der ersten Sternengeneration im Universum.
Seine Werte sprechen dafür, dass kleine, langlebige Sterne nur entstehen konnten, weil feiner kosmischer Staub heißes Gas abkühlte und in kleinere Bereiche zerfallen ließ.
Der Fund hilft, die Frühzeit des Universums besser zu verstehen, weil er zeigt, wie aus den ersten riesigen Sternen später Sterne entstanden, die Milliarden Jahre überdauern konnten.

Übrigens: Während ein einzelner Stern Einblicke in die ersten Sterne liefert, zeigen neue Daten von 670 Millionen Galaxien, dass auch die Expansion des Universums komplexer sein könnte als gedacht. Erste Hinweise deuten darauf hin, dass die treibende Kraft dahinter sich im Laufe der Zeit verändert haben könnte. Mehr dazu in unserem Artikel.