Uralte Gaswolke trägt Spuren der ersten Sterne

Blick ins Urgas: Astronomen haben eine Gaswolke im fernen Kosmos aufgespürt, die noch Spuren der allerersten Sterne in sich trägt. Denn sie enthält nur sehr wenige schwere Elemente – und diese könnten erst durch die Supernovae dieser ersten Sternenpopulation in die Wolke gelangt sein. Spannend ist dies deshalb, weil diese sogenannten Population III-Sterne bisher nicht direkt beobachtbar sind und man daher kaum etwas über sie weiß.

Am Anfang war der Wasserstoff: Nach dem Urknall existierten die meisten chemischen Elemente noch nicht. Nur Wasserstoff und geringe Mengen Helium und Lithium bildeten sich spontan in dieser frühen Anfangszeit des Kosmos. Alle anderen Atomsorten entstanden erst durch die Kernfusion in der ersten, kurzlebigen Generation der Sterne, den sogenannten Population III-Sternen.

Urtümliche Gaswolke

„Diese ersten Sterne bestanden aus dem reinen Urgas und bildeten sich wahrscheinlich völlig anders als die heutigen Sterne“, erklärt Neil Crighton von der Swinbourne University of Technology. Weil diese massereichen Sternenriesen aber schon nach rund zwei Millionen Jahren ausgebrannt waren und als Supernova explodierten, konnten Astronomen sie bisher nicht direkt beobachten – so weit zurück reicht unser Blick nicht.

Jetzt jedoch haben Crighton und seine Kollegen mit Hilfe des Very Large Telescope in Chile zumindest einen Überrest dieser ersten Sternenpopulation entdeckt: Eine Gaswolke, die so wenig schwere Elemente in sich trägt, dass diese direkt aus den Explosionen der ersten Sterne stammen müssen. Die Gaswolke LLS1249 existierte wahrscheinlich schon 1,8 Milliarden Jahre nach dem Urknall, ihr Licht benötigte jedoch bis heute, um zu uns zu gelangen.

So könnte es passiert sein: Die ringförmige SchHockwelle einer Supernova (oben) trifft auf ein Gasfilmanent (unten) und reichert das Gas mit schweren Elementen an. © Smith, Wise, O'Shea, Norman und Khochfar

„Verunreinigt“ von den ersten Sternen?

Aus dem Lichtspektrum der Wolke geht hervor, dass sie nur rund 1.2.500-stel so viel schwere Elemente enthält wie unsere Sonne. „Die bisher bekannten fernen Gaswolken zeigten einen höheren Anteil dieser Elemente“, berichtet Crighton. „Dies ist die erste Wolke, die genau die winzige Menge an schweren Elementen enthält, wie wir es bei einer Anreicherung nur aus den ersten Sternen erwarten würden.“

Nach Ansicht der Astronomen könnte es sich um eine Gaswolke handeln, die ursprünglich nur aus dem wasserstoffreichen Urgas besteht. Als dann die ersten Sterne explodierten, mischten sich Kohlstoff, Sauerstoff und andere schwerere Fusionsprodukte mit diesem Urgas und verursachten so die heute messbare Mischung.

Verräterischer Versatz

Zwar lässt sich allein anhand der Elementanteile auch ein Beitrag der zweiten Sternengeneration nicht ausschließen, wie die Forscher betonen. Aber es gibt ein Indiz, das für den Population III-Ursprung spricht: Die schwereren Elemente in der Wolke bewegen sich alle mit einer etwas anderen Geschwindigkeit als die Wasserstoffatome – und dieser Versatz ist bei allen gleich.

„Diese Verschiebung hat in allen diesen Bestandteilen die gleiche Größe und Richtung“, berichten Crighton und seine Kollegen. „Das deutet darauf hin, dass nur ein einzelnes Ereignis dafür verantwortlich war, diese Verunreinigungen in das Wasserstoffgas zu bringen.“ Dabei könnte es sich um eine Reihe von nahezu gleichzeitigen Supernovae von Population III-Sternen handeln. (Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, in press; arXiv:1512.00477)

(Royal Astronomical Society (RAS), 12.01.2016 – NPO)