Die ersten Sterne im Universum: Das Rätsel der Astronomie könnte von James Webb gelöst worden sein!
Diese Woche hat das James-Webb-Teleskop möglicherweise Beweise für die ersten Sterne im Universum gefunden. Sollte sich dies bestätigen, wäre dies die Lösung eines Rätsels, das in der Astronomie seit Jahrzehnten besteht.
Wenn wir in den Nachthimmel schauen, sehen wir mehrere Punkte am Himmel glitzern. Diese Punkte sind Sterne in unserer Galaxie, der Milchstraße. Die Erde selbst umkreist einen Stern, die Sonne, die für die Erhaltung des Lebens auf unserem Planeten unerlässlich war. Sterne sind wichtige Elemente in unserem Universum.
Sterne produzieren chemische Elemente durch den Prozess der Kernfusion und sogar bei ihrem Tod. Jeder Stern hat einen bestimmten Prozentsatz an Metallizität - in der Astronomie ist Metallizität jedes Element, das nicht Wasserstoff oder Helium ist. Die ersten Sterne mussten jedoch in einem Universum geboren werden, das nur aus Wasserstoff und Helium bestand.
Sterne, die nur aus diesen beiden Elementen entstehen, werden als Populationssterne III bezeichnet. Bis vor kurzem war noch kein Beispiel für einen solchen Stern gefunden worden, und er blieb eines der großen Rätsel der Astronomie. In dieser Woche hat James Webb möglicherweise den Beweis für einen Stern gefunden und damit dieses jahrzehntelange Rätsel gelöst.
Star-Populationen
Sterne entstehen durch den Zusammenbruch von Staub- und Gaswolken. Es ist normal, dass der Stern während seines Entstehungsprozesses Elemente wie Sauerstoff und sogar Eisen in seiner Zusammensetzung enthält. Der Grad der Metallizität bestimmt, zu welcher Art von Population der Stern gehört.
Bevölkerung I
Ein Beispiel für einen Stern der Population I ist die Sonne selbst. Diese Population besteht aus den jüngsten Sternen im Universum, sie sind neu entstanden und Millionen bis einige Milliarden Jahre alt.
Sterne der Population I haben einen hohen Metallizitätsgehalt. Das liegt daran, dass sie aus Wolken entstanden sind, die bereits andere Elemente als Wasserstoff und Helium enthalten. Zu dieser Sternenpopulation gehören Sterne mit einem Bruchteil der Masse der Sonne bis hin zu einigen Dutzend.
Sterne, die wir am Nachthimmel sehen, sind im Allgemeinen Sterne dieser Population.
Bevölkerung II
Sterne der Population II sind die zweite Generation von Sternen im Universum. Es handelt sich dabei um Sterne, die keine hohe Metallizität aufweisen, in deren Zusammensetzung aber noch andere Elemente als Wasserstoff und Helium gefunden werden können.
Ein großer Teil der Sterne der Population II sind heute Rote Zwerge, da die massereicheren Sterne dieser Population bereits das Ende ihres Lebens erreicht haben und zu Weißen Zwergen, Neutronensternen oder stellaren Schwarzen Löchern geworden sind.
Sterne der Population II sind im Bulge und Halo von Galaxien zu finden. Es sind ältere, rötliche Sterne.
Bevölkerung III
Die erste Population von Sternen schließlich wird als Population III bezeichnet, was widersprüchlich erscheint. Diese Population hat keine Metalle in ihrer Zusammensetzung und besteht nur aus Wasserstoff und Helium.
Population III begann mit der Entstehung der ersten Sterne im Universum, als das Universum einige hundert Millionen Jahre alt war. Es handelte sich dabei um Sterne, die die zehn- bis hundertfache Masse der Sonne haben konnten.
Das Geheimnis der Bevölkerungssterne III
Es wird erwartet, dass die Sterne der Population III riesige, blaue und sehr leuchtkräftige Sterne sind. Dies liegt daran, dass sie aufgrund des Mangels an Metall in ihrer Zusammensetzung eine sehr hohe Größe und Leuchtkraft erreichen können.
Da es sich aber um große und helle Sterne handelt, würde ihnen schnell der Brennstoff ausgehen - verursacht durch die Fusion der Elemente in ihrem Inneren - und sie wären sehr kurzlebige Sterne. Man geht davon aus, dass sie nur ein paar Millionen Jahre leben werden.
Aus diesem Grund wurden diese Sterne nie im Universum beobachtet, denn sie haben schon vor langer Zeit aufgehört zu existieren. Ihre fehlende Beobachtung ließ in der Astronomie eine Frage offen: Gab es sie wirklich?
Die Entdeckung von JWST
Anhand von Daten des James-Webb-Teleskops hat ein Team aus Cambridge möglicherweise einige der ersten Hinweise auf Sterne dieser Population gefunden. Dies geschah nach der Untersuchung des Spektrums einer Region in der Nähe einer der am weitesten entfernten Galaxien, die jemals gefunden wurden, GN-z11.
Die Galaxie GN-z11 existierte bereits, als das Universum erst 400 Millionen Jahre alt war. Zu dieser Zeit erwartete man, dass einige wenige Sterne der Population III im Halo der Galaxien existieren.
Das Spektrum zeigt das Vorhandensein einer Heliumlinie, die nur in der Gegenwart von etwas möglich wäre, das dieses Element stark ionisiert. Es wird angenommen, dass die Region durch die Anwesenheit eines Sterns der Population III mit der 500-fachen Masse der Sonne ionisiert wurde.
Das Ende eines Geheimnisses?
Es ist noch zu früh, um zu bestätigen, dass wir das Ende einer Antwort auf die jahrzehntealte Frage erreicht haben. Eine Möglichkeit, die die Astronomen ansprechen, ist, dass die Region durch die Aktivität eines supermassiven Schwarzen Lochs und nicht durch einen Stern der Population III ionisiert wurde.
A study, led by KICC Professor Roberto Maiolino, might have glimpsed the Universe's first stars at long last...https://t.co/cytJykltOW
— Kavli Institute for Cosmology, Cambridge, UK (@KICC_official) June 13, 2023
Das von der Gruppe veröffentlichte Papier lässt nicht den Hammer fallen, dass wir endlich einen Stern der Population III entdeckt haben, aber es ist das Papier mit den besten Beweisen und Argumenten für die Möglichkeit, dass wir diese Sterne gefunden haben.
Dies ist das zweite astronomische Geheimnis, das innerhalb weniger Wochen gelüftet wird, beides dank des Superteleskops James Webb.