Astronomen entdecken ältesten Stern

Astronomen haben einen der ältesten bekannten Sterne des Universums entdeckt. Er bildetet sich kurz nach dem Urknall aus den Trümmern einer der ersten Supernovae im Kosmos – in der Phase, in der schwere Elemente noch sehr rar waren. Der chemische Fingerabdruck dieses Sterns, ablesbar an seinem Lichtspektrum, verrät zudem Überraschendes: Die ersten Sternexplosionen waren offenbar weitaus weniger explosiv als bisher gedacht, wie die Forscher im Fachmagazin „Nature“ berichten.

Am Anfang war der Wasserstoff: Kurz nach dem Urknall existierten im Universum nur leichte Elemente wie Wasserstoff, Helium und Lithium. Alle anderen, schwereren Atome entstanden erst später – aus den Supernovae der ersten Sterne. Bisher nahm man an, dass diese ersten Sterne sehr massereich warern und daher auch Sternexplosionen sehr heftig ausfielen. Sie müssten dementsprechend auch große Teile ihrer Umgebung vor allem mit dem schweren Element Eisen versorgt haben.

Erstaunlich wenig Eisen

Doch jetzt haben Astronomen einen Stern entdeckt, der zwar extrem alt ist, aber erstaunlich eisenarm. Der Stern SMSS 03132-6708 liegt nur 6.000 Lichtjahre von der Erde entfernt, unterscheidet sich aber deutlich von allen anderen Sternen dieser Region. Seine Besonderheit: Er bildete sich einst aus dem Material, dass von einer der ersten Supernovae des Universums übrig blieb. Er spiegelt dadurch die chemische Zusammensetzung seines Vorläufersterns wider – und dieser muss einer der ersten Sterne überhaupt gewesen sein.

„Dies ist das erste Mal, dass wir eindeutig sagen können: Wir haben den chemischen Fingerabdruck eines ersten Sterns gefunden“, sagt Erstautor Stefan Keller von der Australian National University in Canberra. Denn im Gegensatz zu jüngeren Sternen enthält SMSS 03132-6708 zwar reichlich Wasserstoff, Helium und auch Kohlenstoff und Magnesium, aber kaum Eisen. Da im frühen Universum erst sehr wenige dieses relativ schweren Elements vorhanden war, deutet dies auf sein hohes Alter hin.

Das Skymapper-Teleskop am Siding Spring Observatory entdeckte den uralten Stern © ANU

Keine starke Explosion

„Um einen Stern wie unsere Sonne zu produzieren, benötigt man als Grundbausteine Wasserstoff und Helium vom Urknall und eine enorme Menge Eisen. Diese entspricht etwa dem Tausendfachen der Erdmasse“, erklärt Keller. Der neuentdeckte Stern enthält nur so viel Eisen, wie ein Asteroid etwa von der Größe Australiens in sich bergen würde. Mit dieser Neuentdeckung kennen die Astronomen nun insgesamt fünf solcher extrem eisenarmen Sterne – und damit fünf Relikte aus dem frühesten Universum.

Aus der chemischen Zusammensetzung des Sterns SMSS 03132-6708 schließen die Astronomen, dass die Supernova, die ihm das Baumaterial lieferte, ganz anders ablief als man es bisher annahm. „Sie hatte überraschend wenig Energie“, erklärt Keller. Die Explosion reichte wahrscheinlich gerade knapp aus, um den ursprünglichen Stern zu zerstören und ein schwarzes Loch zu erzeugen. Doch für ein breites Verstreuen von Eisen und anderen schweren Elementen fehlte die Energie. Das Eisen wurde sofort wieder vom Schwarzen Loch verschluckt.

Schwache Supernovae ermöglichten Reionisation

Das aber wirft eine neues Licht auf eine bisher offene Frage zur Zeit der Reionisation – der Zeit der Entstehung der ersten Sterne und Galaxien. Denn bisher ging man davon aus, dass die ersten Sterne sehr kurzlebig waren und in explosiven Supernova explodierten. Das aber hätte bedeutet, dass Eisen und andere schwere Elemente sehr schnell im Raum verteilt worden wären und die Bildung der ersten eisenarmen, aber strahlungsintensiven Sternen sofort wieder unterbunden hätte.

Dieses Dilemma könnten die langsamen, energiearmen Supernovae nun beheben, auf die der neuentdeckte Stern hinweist. Denn sie hätten nur sehr allmählich schwere Elemente im Weltraum verteilt. Dadurch blieb genügend Zeit, um die erste Sternenpopulation zu erzeugen, die die ionisierende Strahlung dieser Ära freisetze. Aus einer dieser ersten Supernova entstand einst wohl auch der Stern SMSS 03132-6708 – und eröffnet den Astronomen nun einen wertvollen Blick zurück in die Jugendzeit unseres Kosmos. (Nature, 2014; doi: 10.1038/nature12990)

(The Australian National University, 10.02.2014 – NPO)