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SIMULATION
Erste Sterne keine Einzelgänger
Redaktion / idw / Pressemitteilung der Universität Heidelberg
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4. Februar 2011

Die ersten Sterne im Universum entstanden möglicherweise nicht, wie bislang angenommen, als Einzelsterne, sondern zusammen mit einer Vielzahl kleinerer Begleitsterne. Darauf deuten neue Computersimulationen hin, die die Prozesse der Sternentstehung im jungen Universum nachbilden. Entscheidend dabei sind offenbar die Vorgänge in der Gasscheibe um den entstehenden Stern.

Simulation

Blick auf die Gasscheibe, die einen neu gebildeten, zentralen Stern umgibt. Blau erscheinen hier Bereiche geringer Gasdichte, rötlich solche mit hoher Gasdichte. Deutlich erkennt man die Verdichtung innerhalb der Scheibe, aus der sich ein weiterer Stern entwickeln wird. Die eingezeichnete Größenskala entspricht einem Abstand von 30 Astronomischen Einheiten (AU), dem 30-fachen Abstand zwischen Erde und Sonne. Bild: idw / Universität Heidelberg / Zentrum für Astronomie - Arbeitsgruppe Sternentstehung [Großansicht]

 Die ersten Sterne des Universums waren nicht wie bisher angenommen Einzelsterne, sondern konnten mit einer Vielzahl kleinerer Begleitsterne geboren werden. Dies geschieht dann, wenn sich die Gasscheiben, die junge Sterne umgeben, während des Geburtsvorgangs teilen und sich aus diesen Fragmenten dann neue Sterne bilden. Zu diesem Ergebnis sind nun Wissenschaftler des Zentrums für Astronomie der Universität Heidelberg zusammen mit Kollegen des Max-Planck-Instituts für Astrophysik in Garching und der University of Texas at Austin mit Hilfe von  Computersimulationen gekommen. Nach Ansicht der Forscher werfen ihre Resultate ein völlig neues Licht auf die Bildung der ersten Sterne nach dem Urknall. Die Studie wird in der Wissenschaftszeitschrift Science veröffentlicht.

 Sterne entstehen aus kosmischen Gaswolken in einem komplexen Wechselspiel aus Gravitation und Gasdruck. Aufgrund der eigenen Schwereanziehung beginnt sich das Gas immer weiter zu verdichten. Dabei erwärmt es sich, der Druck steigt, und die Verdichtung kommt zum Erliegen. Wenn es dem Gas gelingt, thermische Energie abzustrahlen, kann sich die Komprimierung fortsetzen und ein neuer Stern entstehen. Dieser Kühlprozess funktioniert dann besonders gut, wenn dem Gas chemische Elemente wie Kohlenstoff oder Sauerstoff beigemischt sind. So bilden sich in der Regel Sterne mit nur geringer Masse, so wie etwa unsere Sonne.

Im frühen Universum waren diese Elemente jedoch noch nicht vorhanden, so dass das ursprüngliche kosmische Gas nicht sehr gut kühlen konnte. Die meisten theoretischen Modelle sagen daher Sternenmassen von etwa dem Hundertfachen der Sonne voraus. Der Heidelberger Astrophysiker Dr. Paul Clark und seine Kollegen haben diese Vorgänge nun mit Hilfe von Computersimulationen untersucht. Sie zeigen, dass dieses einfache Bild revidiert werden muss und es im frühen Universum nicht nur riesige Einzelsterne gab.

Der Grund liegt in der Physik der sogenannten Akkretionsscheiben, die die Geburt der ersten Sterne begleitet haben. Der Gasnebel, aus dem sich ein neuer Stern bildet, rotiert. Dadurch fällt das Gas nicht direkt ins Zentrum, sondern es bildet erst eine scheibenartige Struktur aus und kann nur durch interne Reibung weiter nach innen fließen. Wenn mehr Masse auf diese Scheibe einfällt als sie nach innen abtransportieren kann, wird sie instabil und zerfällt in mehrere Fragmente.

Anstelle eines einzigen Sternes im Zentrum bildet sich dann eine Gruppe von mehreren Sternen - mit Abständen, die der Distanz zwischen Erde und Sonne vergleichbar sind. Diese Erkenntnis eröffnet nach Angaben von Clark völlig neue Möglichkeiten, die ersten Sterne im Universum zu entdecken. Doppelsterne oder Mehrfachsysteme können in ihrem Endstadium intensive Ausbrüche von Röntgen- oder Gammastrahlen produzieren. So werden bereits Weltraummissionen geplant, die derartige Blitze im frühen Universum untersuchen sollen.

Zugleich besteht die Möglichkeit, dass einige der ersten Sterne durch gravitative Wechselwirkung mit Nachbarsternen aus ihrer Geburtsumgebung herausgeschleudert wurden, bevor sie viel Masse ansammeln konnten. Im Gegensatz zu kurzlebigen massereichen Sternen überdauern massearme Sterne Jahrmilliarden. "Einige der ersten Sterne könnten daher heute noch leben, was es ermöglichen würde, die frühesten Stadien der Stern- und Galaxienbildung direkt vor unserer eigenen kosmischen Haustür zu erforschen", spekuliert Clark.

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siehe auch
Sterne: Wie die ersten Sterne entstanden - 2. Juli 2010
Sterne: Die Entstehung der ersten Protosterne - 1. August 2008
Dunkle Materie: Lässt Dunkle Materie alte Sterne leuchten? - 30. Juni 2008
Sterne: Waren die ersten Sterne dunkel? - 3. Dezember 2007
VLT: Ein Stern fast so alt wie das Universum - 11. Mai 2007
Spitzer: Das Licht der ersten Sterne - 3. November 2005
Milchstraße: Erste Sterne entstanden schon kurz nach dem Urknall - 18. August 2004
Kosmologie: Die Schatten der ersten Atome - 5. Mai 2004
Sterne: Um die ersten Sonnen kreisten keine Planeten - 14. Januar 2004
Links im WWW
Zentrum für Astronomie Heidelberg - Institut für Theoretische Astrophysik
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