Chinas verh├Ąngnisvolle Raumstation hat auch etwas Wissenschaft funktioniert

Die ersten Sterne, die in unserem frühen Universum geschmiedet wurden, waren nach den Ergebnissen einer neuen Studie nicht annähernd so massiv wie einst angenommen.

Astronomen des Jet Propulsion Laboratory der NASA in Pasadena, Kalifornien, verwendeten Computersimulationen, um künstlich die Bedingungen des frühen Universums zu schaffen, um Sterne während dieser Urphase zu "wachsen". Die Simulationen, die Wochen dauerten, lieferten schockierende Ergebnisse: Die ausgewachsenen Sterne waren nicht die Giganten, die die Forscher erwarteten.

"Die ersten Sterne waren definitiv massiv, aber nicht so extrem, wie wir zuvor dachten", sagte Studienleiter Takashi Hosokawa, ein Astronom bei JPL, in einer Erklärung. "Unsere Simulationen zeigen, dass das Wachstum dieser Sterne früher als erwartet verzögert ist, was zu kleineren, endgültigen Größen führt."

Zuvor war man der Meinung, dass die ersten Sterne die größten von allen waren, hundertmal massiver als unsere Sonne. Stattdessen zeigen die neuen Erkenntnisse, dass diese frühen Sterne nur ein Zehnfaches der Sonnenmasse sind. Tatsächlich war ein Stern aus den Simulationen der Forscher nur 43 mal so groß wie unsere Sonne.

Einzelheiten der Studie werden in der morgigen Ausgabe der Zeitschrift Science vom 11. November veröffentlicht.

Bedingungen des Urweltalls

Das frühe Universum bestand nur aus dünnen Wolken aus Wasserstoff- und Heliumatomen. Es würde mehrere hundert Millionen Jahre dauern, bis sich die ersten Sterne bildeten. Aber wie sich diese Sterne entzündeten, ist immer noch ein Rätsel.

Astronomen wissen, dass kollabierende Gaswolken die Sternentstehung auslösen, und die Schwerkraft im Zentrum der Wolke zieht immer mehr Materie an. Typischerweise wird dieser Bildungsprozess für Sterne wie unsere Sonne durch schwerere chemische Elemente wie Kohlenstoff erleichtert, die dazu beitragen, dass das auf den Knospungsstern fallende Gas kühl genug bleibt, um kollabieren zu können, erklärten die Forscher. Wenn die Gaswolke dagegen zu heiß wird, dehnt sich das Gas aus und entweicht. [Top 10 Sterne Mysterien]

Schwerere Elemente wurden im Universum geschaffen und verstreut, als sich Sterne bildeten, aber im Ur-Universum mussten diese schweren Elemente noch produziert werden. Die ersten Sterne müssten also aus nichts als Wasserstoff und Helium entstanden sein, sagten die Forscher.

Als Ergebnis theoretisierten Wissenschaftler, dass die ersten Sterne noch mehr Masse benötigen würden, um den Mangel an schweren Elementen und deren Kühlleistung auszugleichen. Es wurde zuerst angenommen, dass die Sterne so groß wie tausend Mal die Masse unserer Sonne sein könnten, aber diese Modelle wurden später verfeinert, und die allgemein akzeptierte Schätzung war, dass diese frühen Sterne Hunderte von Sonnenmassen waren, sagten die Forscher.

"Diese Sterne werden mit der Zeit kleiner und kleiner", sagte Takashi. "Jetzt denken wir, sie sind noch weniger massiv, nur zehn Sonnenmassen."

Wachstum im frühen Universum

Die neuen Simulationen zeigen, dass die Materie, die die neuen Sterne umgibt, sich auf sengende Temperaturen von bis zu 90.000 Grad Fahrenheit (fast 50.000 Grad Celsius) erwärmt - heißer als bisher angenommen.

Bei diesen Temperaturen, die 8,5-mal heißer sind als die Oberflächentemperatur der Sonne, dehnt sich Gas aus und entweicht der Schwerkraft des sich entwickelnden Sterns, anstatt auf ihn zurückzufallen. Dies bedeutet, dass das Wachstum dieser Sterne früher als vorhergesagt verzögert wird, was erklären könnte, warum sie kleiner erscheinen.

"Das wird definitiv einige Leute überraschen", Harold Yorke, ein Astronom bei JPL und ein Co-Autor der neuen Studie. "Bisher war es Standardwissen, dass die ersten Sterne extrem massiv sein mussten."

Die Ergebnisse werfen auch ein Licht auf das Geheimnis der ersten Sternexplosionen, Supernovae genannt. Wenn massereichen Sternen der Kernbrennstoff ausgeht, beenden sie ihr Leben in heftigen Supernova-Explosionen, die brillantes Licht ausstrahlen und Sterndärme aus schwereren Elementen in den Weltraum speien.

Wenn die ersten Sterne tatsächlich so monströs waren wie das Denken, hätten diese Supernovae ein spezifisches Muster dieser schweren Elemente hinterlassen sollen, die auf das Material der folgenden Sternengeneration aufgedruckt waren, die aus der Asche der ersten Supernovae gebaut wurde. Aber so sehr die Astronomen die ältesten Sterne nach diesem Muster suchten, konnten sie es nicht finden.

Die Ergebnisse dieser neuen Studie deuten darauf hin, dass die Signatur einfach nicht da ist, sagten die Forscher. Da die ersten Sterne nicht ganz so massiv waren, wie bisher angenommen, wären sie in ähnlicher Weise explodiert wie die Supernova-Explosionen, die wir heute sehen.

"Ich bin mir sicher, dass es noch weitere Überraschungen für diese aufregende Zeit im Universum geben wird", sagte Yorke. "Das NASA-Weltraumteleskop James Webb wird ein wertvolles Werkzeug sein, um diese Epoche der frühen Stern- und Galaxienbildung zu beobachten."