Uralte Riesen

Die aufwendige Fahndung hat sich ausgezahlt: Das Team um Hans-Walter Rix vom Max-Planck-Institut für Astronomie hat im Zentrum unserer Galaxie tatsächlich eine ganze Population uralter, metallarmer Sterne aufgespürt – die Methusalems unserer Milchstraße.

Älter als 12,5 Milliarden Jahre

Wie ihre Analysen enthüllten, haben rund 100.000 dieser alten Roten Riesen haben ein Verhältnis von schwereren Elementen zu Wasserstoff von weniger als minus 1. Sie enthalten demnach rund zehn Prozent oder weniger Metalle als unsere Sonne. „Diese zentralen metallarmen Sterne existierten demnach schon vor den ältesten Sternen in der galaktischen Scheibe, die rund 12,5 Milliarden Jahre alt sind“, berichten Rix und seine Kollegen. Rund 18.000 dieser alten Sterne weisen sogar ein Verhältnis von Metallen zu Wasserstoff von weniger als minus 1,5 auf – sie sind demnach besonders alt und ursprünglich.

Die metallarmen alten Sterne konzentrieren sich in einem Gebiet von rund 15.000 Lichtjahren um das galaktische Zentrum herum. Ausgehend von ihren Werten für die Roten Riesen haben die Astronomen hochgerechnet, wie viele ähnlich alte Sterne es in diesem inneren Bereich unserer Galaxie geben könnte. Das Ergebnis: Es gibt in diesem inneren Bereich der Milchstraße mindestens zehn Millionen Sonnenmassen solcher uralten Methusalem-Sterne.

Woher stammen diese Uralt-Sterne?

Doch handelt es sich bei diesen zentralen Uralt-Sterne wirklich um die Grundbausteine der jungen Milchstraße? „Wegen der hierarchischen Entwicklung von Galaxien wie der Milchstraße müssen wir davon ausgehen, dass ihre ältesten und metallärmsten Sterne eine Mischung darstellen: Ein Teil bildete sich vor Ort in den Protogalaxien, ein zweiter Teil entstand ähnlich früh in kleinen Satellitengalaxien, die erst später mit der Hauptgalaxie verschmolzen“, erklären die Astronomen. Das Alter allein bedeutet demnach noch nicht, dass die Methusalem-Sterne auch wirklich zu dem stellaren Urgestein der Milchstraße gehören.

Doch auch diese Frage lässt sich mithilfe der Spektren solcher Sterne klären: Wenn Sterne in einer Umgebung mit dichter Masseansammlung wie im Zentrum der Milchstraße oder ihren Vorläufern entstanden sind, spiegelt sich dies auch im Verhältnis ihrer Elemente wider. Sie enthalten besonders viele Elemente wie Sauerstoff, Silizium, Magnesium, Titan und Neon, die anders als Eisen durch das sogenannte Alpha-Enhancement entstehen. Dabei verschmelzen in der stellaren Kernfusion zunächst Atome zu Helium-4-Kernen aus zwei Protonen und zwei Neutronen, dann kommen im weiteren Fusionsverlauf immer mehr Helium-4-Kerne dazu.

Abkömmlinge der Proto-Galaxien

Und tatsächlich: Wie Rix und sein Team feststellten, haben die meisten der von ihnen aufgespürten Uralt-Sterne im Milchstraßenzentrum tatsächlich einen erhöhten Gehalt an Alpha-Elementen. Damit ist es sehr unwahrscheinlich, dass diese Sterne anderswo entstanden sind und erst nachträglich ins galaktische Herz fielen. „Die meisten dieser Sterne haben Elementverhältnisse, wie sie bei einer Herkunft aus den massereichsten Bereichen der Proto-Galaxien zu erwarten sind“, berichten die Astronomen.

Und noch ein weiteres Indiz kommt dazu: Die Methusalem-Sterne mit hohem Alpha-Anteil kreisen größtenteils in engen, fast kreisförmigen Bahnen um das galaktische Zentrum der Milchstraße. Damit unterscheiden sie sich deutlich von einigen anderen Sternen dieser Region, die deutlich exzentrischere, weitere Bahnen besitzen und zudem weniger Alpha-Elemente aufweisen. Auch das spricht dafür, dass die uralten Sterne vor Ort entstanden sein. „Fast alle Sterne, die eng im innersten Teil der Galaxie gebunden sind, haben Elementhäufigkeiten, die auf einen protogalaktischen Ursprung hindeuten“, so Rix und sein Team.

All diese Merkmale zusammen sprechend dafür, dass die Astronomen damit tatsächlich einige der ältesten und ursprünglichsten Sterne der Milchstraße aufgespürt haben – Sterne, die möglicherweise sogar noch in den protogalaktischen Vorläufern unserer Heimatgalaxie gebildet wurden. Doch sie sind nicht die einzige Sternpopulation im galaktischen Zentrum…