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Astronomie: Ein Stern vom Anfang des Universums
Der Theorie zufolge dürfte es uralte, masse- und metallarme Sterne wie HE0107-5240 gar nicht geben. Trotzdem wurde jetzt ein solches Exemplar gesichtet
Es ist ein kosmischer Fund der besonderen Art. Einen primitiveren, chemisch älteren Stern haben Menschen noch nie gesehen. HE0107-5240 stammt aus der frühesten Epoche der Element-Entwicklung unseres Universums. Sein Licht kann den Forschern Auskunft geben, wie sich aus einer Wasserstoff-Urwolke Hunderte von Millionen Jahren nach dem Urknall die ersten Sterne bildeten. Aufgespürt wurde der Methusalem von einem internationalen Team um den Astronomen Norbert Christlieb von der Hamburger Sternwarte.
Das Alter eines Sterns erkennen Astronomen, indem sie dessen Licht in seine Wellenlängenanteile auffächern. Das Spektrum gibt Auskunft über die Atome, aus denen der Gasgigant zusammengesetzt ist. Und je weniger schwere Atome ein Stern besitzt, desto älter muss er sein. Die leichten Elemente Wasserstoff und Helium sowie ein minimaler Anteil Lithium entstanden wenige Minuten nach dem Urknall; in der in-fernalischen Hitze am Anfang des Universums konnten nur diese leichten, ein- und zweiprotonigen Atome aneinander haften bleiben.
Doch im Zentrum eines Sterns, der im Wesentlichen aus einer verdichteten Wasserstoffwolke hervorgeht, ermöglicht die hohe Temperatur, dass Atomkerne fusionieren können. Die Kernfusion liefert die Energie zum Leuchten des Sterns - und schafft neue Elemente. Nachdem das einprotonige Wasserstoff-Material zum zweiprotonigen Helium zusammengewachsen ist, entstehen aus diesem in einer zweiten Brennphase Kohlenstoff, später Sauerstoff, Silizium bis hin zu Eisen.
Hat ein Stern seinen Energievorrat verbraucht, wird er instabil und implodiert als grell leuchtende "Supernova". Bei diesem Kraftakt entstehen die restlichen, nochmals schwereren Elemente des Periodensystems. Die herausgeschleuderten Elemente vermischen sich mit den im Weltall zuhauf vorhandenen Wasserstoffwolken - und bilden die Zutat für neue Himmelskörper. Unsere Sonne ist solch ein Stern der späteren Geburt. Vor 4,6 Milliarden Jahren entstanden, ist bei ihr das Verhältnis von schwerem Eisen zu leichtem Wasserstoff eins zu 31000. Bei dem nun entdeckten HE0107-5240 dagegen beträgt diese Relation lediglich eins zu 6,2 Milliarden - weniger Eisenanteil ist noch nie in einem Stern entdeckt worden.
Mit nur 80 Prozent der solaren Masse ist HE0107-5240 ein eher kleiner Gasball. Und gerade deshalb konnte er so lange überleben. Denn schwere Sterne haben zwar einen größeren Leuchtvorrat als ihre kleineren Nachbarn, doch gehen sie damit verschwenderischer um. HE0107-5240 gehört zum Ensemble der Milchstraße. Die Ziffern "0107-5240" geben die ungefähre Position am Himmel an: 1 Stunde und 7 Minuten in der Rektaszension ("Längengrad"); -52 Grad und 40 Minuten in der Deklination ("Breitengrad"). Damit ist der "Greis" HE0107-5240 im Sternbild Phönix zu finden, 36000 Lichtjahre von uns entfernt.
Die Initialen "HE" stehen für "Hamburg-ESO-Durchmusterung". Vier Millionen Lichtspektren hat das Hamburg-ESO-Programm in den 1990er Jahren erfasst. Für die Hamburger Astronomen hat das Europäische Süd-Observatorium (ESO) in Chile den halben Südhimmel mit einem Weitwinkelteleskop, dem 1-Meter-Schmidtspiegel,aufgenommen. Christlieb, damals noch Diplomand in Hamburg, entwickelte eine Software, die metallarme Kandidaten aus dem Fundus herausfilterte. Um die eisenarmen Sterne aufzuspüren, orientierte er sich an der auffälligsten Linie des Spektrums: der CaK- oder Absorptionslinie des einfach ionisierten Kalziums. Die Kalziumhäufigkeit eines Sterns korreliert mit der viel schwieriger zu identifizierenden Eisenhäufigkeit. Fehlt Kalzium, ist dies ein Indiz, dass der Stern auch wenig Eisen hat. Den Stern entdeckten die Astronomen, als sie die CaK-Linie-freien Spektren erneut ins Visier nahmen.
"Am meisten gewundert hat mich, dass HE0107-5240 überhaupt existiert", sagt Christlieb. "Viele theoretische Berechnungen ergaben, dass sich massearme Sterne so kurz nach dem Urknall gar nicht bilden könnten." Denn bislang glaubten Astronomen, leichte Sterne bräuchten für ihre Entstehung einen höheren Prozentsatz an "Metall" (darunter verstehen die Wissenschaftler alle Elemente, die schwerer sind als Wasserstoff oder Helium). Das nämlich kühlt das Gas und hilft somit beim Zusammenklumpen der Gaswolke zu einem Stern.
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