Kosmische Morgendämmerung datiert

Licht im primordialen Dunkel: Bisher ist strittig, wann die allerersten Sterne im Kosmos entstanden. Jetzt legen neue Daten nahe, dass das „dunkle Zeitalter“ schon 250 bis 350 Millionen Jahre nach dem Urknall endete. Dafür haben Astronomen in sechs der ältesten bekannten Galaxien das Alter der Sterne bestimmt. Die Ergebnisse grenzen den Zeitpunkt ein, an dem im jungen Universum die ersten Lichter aufleuchteten.

Nach dem Urknall und der Entstehung der ersten Elemente war das Universum zunächst dunkel und leer. Erst als die Kernfusion der ersten Sterne zündete, wurde es Licht – eine neue Ära brach an. Doch wann dieser Wandel eintrat, ist strittig: Daten des europäischen Planck-Satelliten legten einen späten Beginn rund 550 Millionen Jahre nach dem Urknall nahe. Dem widersprechen jedoch astronomische Beobachtungen, die auf die Präsenz erster Sterne nach 250 Millionen Jahren hindeuten, möglicherweise sogar schon 180 Millionen Jahre nach dem Urknall.

Atomarer Wasserstoff verrät Sternenalter

Jetzt haben Astronomen neue Indizien für einen frühen Beginn der allerersten Sternbildung entdeckt. Das Team um Nicolas Laporte von der University of Cambridge wertete für seine Studie das Sternenlicht von sechs Galaxien aus, die schon 500 bis 550 Millionen Jahre nach dem Urknall existierten – sie gehören zu den ältesten bisher bekannten Sternansammlungen im Universum. Doch wann diese Galaxien und ihre Sterne entstanden, war bislang unklar.

Um das herauszufinden, nutzten Laporte und sein Team Beobachtungsdaten der leistungsstärksten Teleskope weltweit, um die Signatur atomaren Wasserstoffs im Licht dieser Galaxien zu detektieren. Diese Signatur wird mit zunehmendem Alter eines jungen, massereichen Sterns stärker. „Dieser Alters-Indikator wird meist verwendet, um Sterne in unserer galaktischen Nachbarschaft zu datieren. Er kann aber auch für die Altersbestimmung bei weit entfernten Galaxien aus der Frühzeit des Universums eingesetzt werden“, erklärt Koautor Romain Meyer vom University College London.

„Morgendämmerung“ nach 250 Millionen Jahren

Das Ergebnis: Die Sterne in den fernen Galaxien müssen schon zum Zeitpunkt ihrer Beobachtung 200 bis 300 Millionen alt gewesen sein, wie die Astronomen berichten. Das aber bedeutet, dass sie früher entstanden als es unter anderem die Planck-Daten bisher nahelegten. „Unsere Beobachtungen deuten darauf hin, dass die kosmische Morgendämmerung 250 bis 350 Millionen Jahre nach der Entstehung des Universums begann“, sagt Laporte.

Der Wechsel vom Dunklen Zeitalter des Universums zu einem Kosmos voller Sterne, ereignete sich demnach schon relativ früh nach dem Urknall – zu einer Zeit, in die Teleskope bislang nicht hineinblicken können. „Astronomen haben in den letzten zehn Jahre die Beobachtungsgrenze hinausgeschoben bis in eine Zeit, als das Universum nur vier Prozent seines heutigen Alters hatte“, erklärt Richard Ellis vom University College London. Um die allerersten Sterne sehen zu können, reicht dies aber noch nicht aus.

„Heiliger Gral“ der Astronomie rückt in Reichweite

Doch das könnte sich bald ändern: Das Ende 2021 ins All startende James-Webb-Weltraumteleskop der NASA könnte nach Ansicht der Astronomen leistungsstark genug sein, um bis in die kosmische Morgendämmerung zurückzuschauen. „Wir gehen davon aus, dass die Vorgänger der jetzt von uns beobachteten Galaxien mit den Infrarot-Optiken des James-Webb-Teleskops erkennbar sind“, sagt Laporte. Damit könnte auch die allererste Sternengeneration erstmals für uns sichtbar werden.

„Diesen wichtigen Moment in der Geschichte des Kosmos sehen zu können, ist schon seit langem ein heiliger Gral der Astronomie“, sagt Ellis. „Weil wir aus dem Material bestehen, das einst in Sternen gebildet wurde, ist dies in gewissem Sinne auch eine Suche nach unseren eigenen Ursprüngen.“ (Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 2021; doi: 10.1093/mnras/stab1239)

Quelle: Royal Astronomical Society, University College London