Die ersten Sterne bildeten sich sehr schnell

Seit Astronomen erkannt haben, dass sich das Universum in einem ständigen Expansionszustand befindet und dass wahrscheinlich vor 13,8 Milliarden Jahren (dem Urknall) eine massive Explosion begann, gab es ungelöste Fragen darüber, wann und wie sich die ersten Sterne gebildet haben. Basierend auf Daten, die von der Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) der NASA und ähnlichen Missionen gesammelt wurden, wird angenommen, dass dies etwa 100 Millionen Jahre nach dem Urknall geschehen ist.

Viele Details der Funktionsweise dieses komplexen Prozesses sind ein Rätsel geblieben. Neue Erkenntnisse eines Teams unter der Leitung von Forschern des Max-Planck-Instituts für Astronomie deuten jedoch darauf hin, dass sich die ersten Sterne ziemlich schnell gebildet haben müssen. Unter Verwendung von Daten der Magellan-Teleskope am Las Campanas-Observatorium beobachtete das Team eine Gaswolke, in der die Sternentstehung nur 850 Millionen Jahre nach dem Urknall stattfand.

Die Studie, die ihre Ergebnisse beschrieb, erschien kürzlich in der Astrophysikalisches Journalwurde von Eduardo Bañados geführt. Banados und seine Kollegen waren zu dieser Zeit Mitglied der Carnegie Institution for Science und beobachteten die Gaswolke, während sie bei einer Untersuchung von 15 der entferntesten bekannten Quasare Follow-up-Beobachtungen durchführten.

Diese Umfrage wurde von Chiara Mazzucchelli, einer Astronomin am European Southern Observatory (ESO) und Mitautorin der Studie, im Rahmen ihrer Promotion vorbereitet. Forschung am Max-Planck-Institut für Astronomie. Bei der Untersuchung der Spektren eines bestimmten Quasars (P183 + 05) stellten sie fest, dass er einige ziemlich eigenartige Merkmale aufweist.

Mit den 6,5 m langen Magellan-Teleskopen der Carnegie Institution am Las Campanas-Observatorium in Chile erkannten Banados und seine Kollegen die spektralen Merkmale für das, was sie waren: eine nahe gelegene Gaswolke, die vom Quasar beleuchtet wurde. Die Spektren zeigten ihnen auch, wie weit die Gaswolke von der Erde entfernt war – über 13 Milliarden Lichtjahre entfernt – und machten sie zu einer der entferntesten, die jemals von Astronomen beobachtet und identifiziert wurden.

Darüber hinaus fanden sie Spektren, die auf Spuren von Elementen wie Kohlenstoff, Sauerstoff, Eisen und Magnesium hinweisen – chemisch als „Metalle“ bezeichnet, da sie schwerer als Helium sind. Solche Elemente wurden im frühen Universum geschaffen, als die ersten Generationen von Sternen (auch bekannt als "Population III") sie in den Kosmos freisetzten, nachdem sie das Ende ihrer Lebensspanne erreicht hatten und als Supernovae explodierten.

Michael Rauch, Astronom der Carnegie Institution of Science und Mitautor der neuen Studie, sagte:

"Nachdem wir überzeugt waren, dass [wir] nur 850 Millionen Jahre nach dem Urknall solch unberührtes Gas betrachteten, fragten wir uns, ob dieses System noch chemische Signaturen behalten könnte, die von der ersten Generation von Sternen erzeugt wurden."

Die erste Generation von Sternen zu finden, war lange Zeit das Ziel der Astronomen, da dies ein umfassenderes Verständnis der Geschichte des Universums ermöglichen würde. Im Laufe der Zeit spielten Elemente, die schwerer als Wasserstoff sind, eine Schlüsselrolle bei der Bildung von Sternen, bei denen Materie aufgrund gegenseitiger Anziehung zusammenklumpt und dann einen Gravitationskollaps erfährt.

Da angenommen wird, dass nach dem Urknall nur Wasserstoff und Helium im Universum existierten, hatte die erste Generation von Sternen diese chemischen Elemente nicht – was sie von jeder nachfolgenden Generation unterscheidet. Es war daher überraschend, eine relative Häufigkeit dieser Elemente in einer so frühen Gaswolke festzustellen, die tatsächlich mit dem vergleichbar war, was Astronomen heute in intergalaktischen Gaswolken sehen.

Diese Beobachtungen stellen eine große Herausforderung für konventionelle Theorien dar, wie sich die ersten Sterne in unserem Universum gebildet haben. Im Wesentlichen weist dies darauf hin, dass die Sternentstehung viel früher begonnen haben muss, um diese chemischen Elemente herzustellen. Basierend auf Studien mit Supernovae vom Typ Ia wird geschätzt, dass die Explosionen, die zur Herstellung dieser Metalle mit der beobachteten Häufigkeit erforderlich sind, etwa 1 Milliarde Jahre dauern würden.

Kurz gesagt, Wissenschaftler waren möglicherweise um eine Generation abwesend, als es um die Geburt der ersten Sterne ging, was darauf hindeutet, dass es in den frühesten Äonen des Universums einige gegeben haben könnte. Dies bedeutet effektiv, dass sich die ersten Sterne ziemlich schnell aus der ursprünglichen Suppe aus Wasserstoff und Helium bilden müssten, die das frühe Universum war. Dieser Befund könnte schwerwiegende Auswirkungen auf Theorien zur kosmischen Evolution haben.

Wie Bañados sagte, besteht das Ziel nun darin, dies zu bestätigen, indem zusätzliche Gaswolken mit ähnlichen chemischen Häufigkeiten gefunden werden:

„Es ist aufregend, dass wir Metallizität und chemische Abundanzen so früh in der Geschichte des Universums messen können, aber wenn wir die Signaturen der ersten Sterne identifizieren wollen, müssen wir sie noch früher in der kosmischen Geschichte untersuchen. Ich bin optimistisch, dass wir noch weiter entfernte Gaswolken finden werden, die uns helfen könnten zu verstehen, wie die ersten Sterne geboren wurden. “

Die Relativitätstheorie sagt uns, dass Raum und Zeit zwei Ausdrücke derselben Realität sind. Ergo, indem wir weiter ins Universum schauen, schauen wir auch weiter zurück in die Zeit. Auf diese Weise konnten Astronomen ihre kosmologischen Modelle und Vorstellungen darüber anpassen, wie und wann alles begann. Zu wissen, dass die Ursprünge der ersten Sterne im Universum auf eine noch frühere Zeit zurückversetzt werden könnten; Nun, das ist nur ein Teil der Lernkurve!

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