Astronomen entdecken seltenen Stern der zweiten Generation aus dem frühen Universum

Ein Fenster in das früheste Universum

Astronomen haben einen außergewöhnlich seltenen Stern der zweiten Generation entdeckt, der sich in der Folge der allerersten stellaren Generation des Universums gebildet hat - und dessen chemische Zusammensetzung direkte Hinweise darauf liefert, wie diese antiken Sterne den Kosmos mit den schweren Elementen anreicherten, die alle nachfolgende Chemie möglich machten. Forscher haben die Entdeckung als grenzwertig für das beschrieben, was wir für möglich hielten, was sowohl seine Seltenheit als auch die Präzision der für seine Identifizierung erforderlichen Erkennung widerspiegelt.

Der Stern ist extrem eisenarm - ein chemischer Fingerabdruck, der seine Entstehung in der frühesten Epoche des Universums einordnet, als schwere Elemente wie Eisen kaum zu akkumulieren begonnen hatten. Eisenmangel ist das Schlüsseldiagnostikum: Eisen wird hauptsächlich in stellaren Kernen geschmiedet und durch Supernova-Explosionen verteilt. Sterne, die sich früh bildeten, bevor viele solcher Explosionen stattgefunden hatten, enthalten sehr wenig Eisen. Sterne, die sich aus Material bildeten, das durch einen einzelnen Vorläufer der ersten Generation verarbeitet wurde, sind fast unvorstellbar selten.

Die ersten Sterne und das, was sie hinterlassen haben

Es wird angenommen, dass die ersten Sterne des Universums, bekannt als Population-III-Sterne, etwa 100 bis 400 Millionen Jahre nach dem Big Bang aus Wolken aus Wasserstoff und Helium entstanden - den einzigen Elementen, die es zu dieser Zeit gab. Diese Sterne waren wahrscheinlich massiv und brannten schnell durch ihren Brennstoff und endeten in spektakulären Supernovae, die neu synthetisierte Elemente in das umgebende Gas verteilten.

Dieses zerstreute Material vermischte sich mit nachfolgenden Gaswolken und führte zur Entstehung von Population-II-Sternen - der zweiten Generation - die die von ihren Vorgängern produzierten Metalle aufnahmen. Der Begriff Metalle in der Astronomie bezieht sich auf jedes Element, das schwerer als Helium ist, und selbst Spurenmengen dieser schwereren Elemente verändern die Physik der Sternentstehung grundlegend, was dem Gas ermöglicht, effizienter abzukühlen und unterschiedliche Arten von Stellarpopulationen zu bilden.

Ein Stern, der sich aus Gas bildete, das durch eine einzelne Population-III-Supernova angereichert wurde, ermöglicht es Astronomen, das Nukleosynthese-Muster des spezifischen Vorläufers zu lesen. Es ist das, was einem direkten Messwert dessen am nächsten kommt, wie die ersten Sterne des Universums waren.

Wie es gefunden wurde

Die Entdeckung wurde von einem Team von Forschern gemacht, die als kosmische Archäologen beschrieben werden - Astronomen, die die chemische Zusammensetzung sehr alter Sterne untersuchen, um die Geschichte des frühen Universums zu rekonstruieren. Die Technik, bekannt als Sternarchäometrie oder nahe Feldkosmologie, nutzt hochauflösende Spektroskopie, um die Häufigkeit von Dutzenden von Elementen in stellaren Atmosphären zu messen.

Das Finden eisendefizienter Sterne erfordert umfangreiche Himmelsumfragen, gefolgt von Nachverfolgungsspektroskopie mit großen Teleskopen. Die meisten alten Sterne haben mindestens eine gewisse Eisenverarmung aus der angesammelten Geschichte von Stellargenerationen, was wirklich eisenarm Sterne zu Nadel-im-Heuhaufen-Funden macht. Die neue Entdeckung erforderte die Durchsuchung von Datenbanken mit Millionen von Sternspektren, um Kandidaten mit den richtigen chemischen Signaturen zu identifizieren, und dann deren Bestätigung mit hochauflösenden spektroskopischen Beobachtungen.

Was die Chemie offenbart

Die in dem neu entdeckten Stern gemessenen chemischen Häufigkeiten erzählen eine Geschichte über seinen Population-III-Vorläufer. Das Muster von Kohlenstoff, Stickstoff, Sauerstoff, Magnesium und anderen leichten Elementen relativ zu Eisen kodiert Informationen über die Masse des ersten Sterns, die Energie seiner Supernova-Explosion und die Vermischung der Explosionsprodukte mit umgebendem Gas vor der Bildung des Sterns der zweiten Generation.

Astrophysikalische Modelle von Population-III-Supernovae sagen spezifische Häufigkeitsmuster je nach der Masse des Vorläufers und der Explosionsenergie voraus. Durch den Vergleich der beobachteten Häufigkeiten mit diesen theoretischen Vorhersagen können Forscher die wahrscheinlichen Eigenschaften des spezifischen ersten Sterns eingrenzen, dessen Tod diesen bestimmten Überlebenden der zweiten Generation besäte.

Die Erkenntnisse fügen einen neuen Datenpunkt zu dem kleinen, aber wachsenden Katalog von Sternen hinzu, von denen angenommen wird, dass sie sich aus einzelnen Population-III-Supernova-Ereignissen gebildet haben. Jede neue Entdeckung ermöglicht engere statistische Einschränkungen der Massenverteilung und Explosionsdynamik der ersten Stellargeneration - Eigenschaften, die theoretisch unsicher und beobachtungsmäßig selten bleiben.

Bedeutung für die Kosmologie

Das Verständnis von Population-III-Sternen ist über historische Neugier hinaus von Bedeutung. Die Eigenschaften der ersten Sterne bestimmten die Entwicklung des Universums in seinen frühen Epochen - wie schnell es reionisiert wurde, wie Metalle durch die ersten Galaxien verteilt wurden und wie nachfolgende Generationen von Sternen und Planeten entstanden. Diese Fragen verbinden die Physik des Big Bang mit den Bedingungen, die schließlich felsige Planeten und die Chemie des Lebens möglich machten.

Es wird erwartet, dass Observatorien der nächsten Generation, einschließlich der laufenden Programme des James Webb Space Telescope und zukünftiger extrem großer Teleskope, dieses Feld vorantreiben - sowohl durch das Finden weiterer alter metallarm Sterne im Halo der Milky Way als auch durch die mögliche Erkennung von Signaturen von Population-III-Sternen in den am weitesten entfernten jemals beobachteten Galaxien.

Dieser Artikel basiert auf Berichten von Space.com. Lesen Sie den Originalartikel.