Der erste Stern: Dinge, die schnell aufgeheizt werden, sagen Wissenschaftler

Es gibt im Moment mehr Sterne im Kosmos als jede einzelne Person jemals zählen könnte. Unsere Galaxie enthält allein etwa 400 Milliarden. Aber es war nicht immer so.

Viele Millionen Jahre nach der Entstehung unseres Universums gab es keine Sterne, und dann gab es eine. Dieser Urstern war wahrscheinlich ein gewaltiger, lodernder Gigant, der heller und schneller brannte als jeder andere Stern in der Gegenwart.

Ein neues Computermodell deutet nun darauf hin, dass es sich auch viel früher gebildet hat als bisher angenommen.

Andere Studien haben geschätzt, dass der erste Stern etwa 155 Millionen Jahre nach der Explosion unseres Universums vor 13,7 Milliarden Jahren im Urknall entstand.

Die neue Simulation zeigt, dass dieses Ereignis viel früher stattfand, als das Universum nur 30 Millionen Jahre alt war. Es legt auch nahe, dass es etwa 370 Millionen Jahre für die erste Galaxie brauchte, die so groß war wie unsere eigene Milchstraße.

Das Modell wird in einer kommenden Ausgabe des Monatsmeldungen für die Royal Astronomical Society.

Wann genau?

Mithilfe detaillierter Computersimulationen rekonstruierten die Astronomen die Bedingungen, unter denen der erste Stern geboren wurde, und sogar die genaue Abfolge von Schritten, die bald darauf stattfanden, um anderen Sternen und schließlich Galaxien die Bildung zu ermöglichen.

Astronomen vermuten zum Beispiel, dass sich der erste Stern in einer dichten Wolke aus dunkler Materie und Gas gebildet hat. Sie denken auch, dass viele heutige Galaxien die Produkte von Fusionen zwischen viel kleineren Galaxien während der frühen Tage unseres Universums sind.

Schätzung wann der erste gebildete Stern war jedoch schwierig. Das liegt daran, dass selbst die leistungsstärksten Supercomputer nur kleine Teile des Universums simulieren können.

"Um abschätzen zu können, wann die ersten Sterne entstanden sind, müssen wir uns daran erinnern, dass die ersten 100.000 Sonnenmassenklumpen in Gebieten zusammenbrachen, die besonders hohe Dichten hatten", sagte Studienleiter Rennan Barkana, Astrophysiker an der Universität von Tel Aviv in Israel.

"Es gab anfänglich nur wenige solcher Regionen im gesamten Universum, so dass eine Simulation, die auf ein kleines Volumen beschränkt ist, solche [Regionen] erst viel später finden wird", sagte er.

Das von Barkana und seinen Kollegen entwickelte Modell löst dieses Problem, indem es annähert, wie viele Klumpen aus dunkler Materie, die groß genug sind, um den ersten Stern aufzunehmen, zu verschiedenen Zeiten im Universum vorhanden waren.

"Wir haben dies im Laufe der Zeit integriert, um die gesamte erwartete Anzahl beobachtbarer Sterne zu finden", sagte Barkana. Die Forscher überprüften ihre Vorhersagen dann mit Simulationen.

Ursterne

Sogar nach Sternenstandards war der Urstern ein Monster. Es hatte wahrscheinlich eine Masse von etwa 100 mal so viel wie unsere Sonne und es hätte große Mengen an energiereicher Strahlung ausgestrahlt, besonders im ultravioletten Bereich. Wären menschliche Augen gewesen, um es zu sehen, wäre es blau-violett in der Farbe erschienen.

Der erste Stern leuchtete heller als die meisten heute existierenden Sterne und durchschlug sein stellares Leben in nur 2 Millionen bis 3 Millionen Jahren, verglichen mit den Lebenszeiten mehrerer Milliarden Jahre, die einige der heutigen Sterne haben. Unsere Sonne ist jetzt im mittleren Alter und existiert seit 4,6 Milliarden Jahren.

Wissenschaftler glauben, dass der erste Stern in einem Titan-Kataklysmus explodierte, der Supernova genannt wurde. Er warf schwere Elemente, die während des Lebens des Sterns in den Weltraum geschmiedet wurden, und schuf so die Bühne für die nächste Generation von Sternen.

"Nach einer kurzen Zeit erschienen Sterne im ganzen Universum im Überfluss", erzählte Barkana.

Die Sterne der zweiten Generation bildeten sich wahrscheinlich innerhalb von etwa einer Million Jahren nach dem ersten, so Barkana. Innerhalb von fünf Millionen Jahren gab es etwa 100 Sterne; innerhalb von zehn Millionen Jahren erleuchteten 10.000 Himmelsfeuer den Himmel.

Im Gegensatz zum ersten Stern, der hauptsächlich aus Wasserstoff und Helium bestand, enthielten die Sterne schwere Elemente wie Kohlenstoff und Eisen.

Immer noch nachweisbar

Licht, das vom ersten Stern einmal ausgestrahlt wurde, könnte noch immer nachweisbar sein, sagte Barkana.

Je älter ein Objekt im Raum ist, desto weiter entfernt ist es. Es würde ein Teleskop benötigen, das ungefähr 100 Millionen mal empfindlicher ist als das Hubble-Weltraumteleskop, um das Licht des ersten Sterns zu beobachten, aber es ist nicht unmöglich.

"Wenn der erste Stern tatsächlich massiv wäre und in seinem Tod eine riesige Supernova-Explosion oder einen Gammastrahlen-Ausbruch hervorbrachte, dann hätten wir vielleicht die Chance, die Explosion mit den für das kommende Jahrzehnt geplanten Instrumenten zu sehen", sagte Barkana.

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