Wissenschaftler findet schwer fassbaren Stern mit Ursprung in der Nähe von Urknall.

Astronomen haben einen der ältesten Sterne des Universums gefunden, einen Körper, der fast ausschließlich aus Materialien besteht, die aus dem Urknall gespuckt wurden.

Die Entdeckung dieses etwa 13,5 Milliarden Jahre alten winzigen Sterns bedeutet, dass es wahrscheinlich mehr Sterne mit sehr geringer Masse und sehr geringem Metallgehalt gibt – vielleicht sogar einige der ersten Sterne des Universums.

Der Stern ist ungewöhnlich, denn im Gegensatz zu anderen Sternen mit sehr geringem Metallgehalt ist er Teil der „dünnen Scheibe“ der Milchstraße – dem Teil der Galaxie, in dem sich unsere eigene Sonne befindet.

Und weil dieser Stern so alt ist, sagen Forscher, dass es möglich ist, dass unsere galaktische Nachbarschaft mindestens 3 Milliarden Jahre älter ist als bisher angenommen. Die Ergebnisse werden im The Astrophysical Journal veröffentlicht.

„Dieser Stern ist vielleicht einer von 10 Millionen“, sagte Hauptautor Kevin Schlaufman, ein Assistenzprofessor für Physik und Astronomie an der Johns Hopkins University. „Es sagt uns etwas sehr Wichtiges über die ersten Generationen von Sternen.“

Die ersten Sterne des Universums nach dem Urknall hätten ausschließlich aus Elementen wie Wasserstoff, Helium und kleinen Mengen Lithium bestanden. Diese Sterne produzierten dann in ihren Kernen Elemente, die schwerer als Helium waren, und säten das Universum mit ihnen, als sie als Supernovae explodierten.

Die nächste Generation von Sternen bildete sich aus Materialwolken, die mit diesen Metallen verbunden waren und sie in ihr Make-up integrierten. Der Metallgehalt oder die Metallität der Sterne im Universum nahm zu, als der Zyklus von Sternengeburt und -tod weiterging.

Die extrem niedrige Metallicität des neu entdeckten Sterns deutet darauf hin, dass er in einem kosmischen Stammbaum nur eine Generation vom Urknall entfernt sein könnte. Tatsächlich ist er der neue Rekordhalter für den Stern mit dem kleinsten Bestand an schweren Elementen – er hat etwa den gleichen Gehalt an schweren Elementen wie der Planet Merkur. Im Gegensatz dazu ist unsere Sonne Tausende von Generationen weiter entfernt und hat einen hohen Elementgehalt von 14 Jupitern.

Astronomen haben etwa 30 alte „ultra-metallarme“ Sterne mit der ungefähren Masse der Sonne gefunden. Der Star Schlaufman und sein Team fanden jedoch nur 14 Prozent der Masse der Sonne.

Der Stern ist Teil eines Zwei-Sterne-Systems, das um einen gemeinsamen Punkt kreist. Das Team fand den winzigen, fast unsichtbar schwachen „sekundären“ Stern, nachdem eine weitere Gruppe von Astronomen den viel helleren „primären“ Stern entdeckt hatte. Dieses Team maß die Zusammensetzung des Primärteils, indem es ein hochauflösendes optisches Spektrum seines Lichts studierte. Das Vorhandensein oder Fehlen von dunklen Linien im Spektrum eines Sterns kann die darin enthaltenen Elemente wie Kohlenstoff, Sauerstoff, Wasserstoff, Eisen und mehr identifizieren. In diesem Fall hatte der Stern eine extrem geringe Metallisierung. Diese Astronomen identifizierten auch ungewöhnliches Verhalten im Sternensystem, das das Vorhandensein eines Neutronensterns oder eines Schwarzen Lochs implizierte. Schlaufman und sein Team fanden das falsch, entdeckten aber dabei den viel kleineren Begleiter des sichtbaren Sterns.

Die Existenz des kleineren Begleitsterns erwies sich als die große Entdeckung. Schlaufmans Team konnte seine Masse ableiten, indem es das leichte „Wackeln“ des Primärsterns studierte, während die Schwerkraft des kleinen Sterns an ihm zerrte.

Noch Ende der 90er Jahre glaubten die Forscher, dass sich in den frühesten Stadien des Universums nur massive Sterne gebildet haben könnten – und dass sie nie beobachtet werden konnten, weil sie ihren Brennstoff verbrennen und so schnell sterben.

Aber als die astronomischen Simulationen verfeinert wurden, begannen sie darauf hinzuweisen, dass in bestimmten Situationen ein Stern aus dieser Zeitspanne mit besonders geringer Masse noch existieren könnte, sogar mehr als 13 Milliarden Jahre nach dem Urknall. Im Gegensatz zu riesigen Stars können massearme Stars überaus lange leben. Rote Zwerge zum Beispiel, mit einem Bruchteil der Sonnenmasse, sollen zu Billionen von Jahren leben.

Die Entdeckung dieses neuen ultra-metallarmen Sterns, genannt 2MASS J18082002-5104378 B, eröffnet die Möglichkeit, noch ältere Sterne zu beobachten.

„Wenn unsere Schlussfolgerung richtig ist, dann können massearme Sterne existieren, die ausschließlich aus dem Ergebnis des Urknalls bestehen“, sagt Schlaufman, der auch dem Institut für datenintensive Ingenieurwissenschaften der Universität angehört. „Auch wenn wir noch kein solches Objekt in unserer Galaxie gefunden haben, kann es existieren.“

Mehr Informationen:
Kevin C. Schlaufman et al, An Ultra Metal-poor Star Near the Hydrogen-burning Limit, The Astrophysical Journal (2018). DOI: 10.3847/1538-4357/aadd97

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