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ELEMENTENTSTEHUNG
Hinweise aus dem Halo der Milchstraße
von Stefan Deiters
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28. November 2000

Wie und wann entstanden die schweren Elemente im Universum? Diese Frage ist für Kosmologen genauso interessant wie für Forscher, die sich mit der Theorie der Sternentwicklung beschäftigen. Durch Beobachtungen von rund 100 Sternen im Halo unserer Milchstraße gelang es Astronomen nun, eine Art Entwicklungsgeschichte der Elemententstehung im Weltall nachzuvollziehen. 


Der blaue Teil des Spektrums des Sterns HD126587. Markiert sind die Emissionslinien für Strontium, Wasserstoff (Hydrogen), Neodymium und Barium. Das Spektrum reicht von 4066 Angström (oben links) bis 4710 Angström (unten rechts).  Bild: AURA/NOAO/NSF
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"Dieses ist eine der größten Studien, die bisher über die Elementhäufigkeit von Sternen im galaktischen Halo gemacht wurde", unterstreicht Debra Burris vom Oklahoma City Community College. "Die Verteilung der Elemente gibt uns interessante Hinweise darauf, wie die erste Generation von Sternen in der Milchstraße aussah." Der Halo unserer Galaxis, also eine etwa kugelförmige Region, in die die galaktische Scheibe eingebettet ist, gilt gemeinhin als ältester Teil der Milchstraße. Hier, da sind sich die Astronomen mittlerweile sicher, sind die ältesten Sterne zu finden und auch die sogenannten Kugelsternhaufen, deren Alter oft fast an das der Milchstraße heranreicht. 

In ihrer Arbeit untersuchten die Forscher fast 100 Sterne im Halo, die alt waren und über zehn bis 100 Mal weniger schwere Elemente verfügten als unsere Sonne. Was für Elemente in einem Stern vorkommen, messen Astronomen mit Hilfe von Spektren (siehe Bild), in denen sich Elemente durch dunkle Linien verraten. Mit einem Referenzspektrum aus dem Labor kann man diesen Linien dann Elementen zuordnen. 

"Unsere Ergebnisse sprechen dafür, dass die Geschichte der Galaxis eng mit der Art und Weise verbunden ist mit der sich Sterne von Generation zu Generation verändern", macht Catherine Pilachowski vom National Optical Astronomy Observatory (NOAO) deutlich. "Einige chemische Elemente entstehen nicht, bevor die Sterne, in denen sie produziert werden, eine gewisse Zeit zur Entwicklung hatten. Daher können wir aus der Zusammensetzung von alten Sternen, die Geschichte der Sternentstehung ablesen."   

Ihre Beobachtungen erklären die Forscher durch eine Art Entwicklungsgeschichte der Elemententstehung: In der vorstellaren Epoche wurde im Urknall Wasserstoff, Deuterium, Helium und Lithium produziert. Daran schloss sich eine Zeit der sehr massereichen Sterne an, die mindestens die zehnfache Masse unserer Sonne hatten. Sie produzierten kleine Mengen aller schweren Elemente, doch hauptsächlich Strontium, Yttrium und Zirconium. Die Elemente wurden durch Supernova-Explosionen ins All geblasen und in die nächste Sternengenerationen "eingebaut". 

In der Europium-Epoche, die rund 20 bis 100 Millionen Jahre dauerte, wurde die Elemententstehung von Supernova-Explosionen von Sternen von der acht bis zehnfachen Masse unserer Sonne bestimmt. Sie produzierten Barium, Europium und andere Elemente. In der anschließenden "Doppelschalen-Epoche", die von 100 Millionen bis zu einer Milliarde Jahre nach Entstehung der Galaxie dauerte, waren hauptsächlich Sterne von drei bis sieben Sonnenmassen für die Elemententstehung verantwortlich. Die Elemente wie Strontium und auch Barium entstanden durch Fusionsprozesse im Inneren der Sonnen und nicht während Supernova-Explosionen. Die Zeit von einer bis drei Milliarden Jahren nach der Galaxienentstehung nennen die Wissenschaftler "Eisen-Epoche". Das namensgebende Element entstand in Supernova-Explosionen von Weißen Zwergsternen.

Diese letzte Epoche endete vor rund zehn Milliarden Jahren und seitdem wurde unserer Galaxis im wesentlichen mit Lithium angereichert, dessen genauer Ursprung aber noch unklar ist. Mit Hilfe dieser Entwicklungsgeschichte, die quasi durch Sterne vor der eigenen Haustür gewonnen wurde, hoffen die Astronomen auch ein gutes Werkzeug in der Hand zu haben, um weit entfernte Galaxien zu klassifizieren, die wir vielleicht jetzt gerade in einer sehr frühen Phasen der Elemententstehung beobachten. Doch auch in Sachen Milchstraße gibt es noch einiges zu erforschen: Es würde am Ende darum gehen, so ein Forscher der Gruppe, herauszufinden, wie lange die erste Phase der Sternentstehung in der Galaxis dauerte - hundert Millionen Jahre oder vielleicht fünf Milliarden Jahre.

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