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VLT
Entfernte Galaxie mit ersten Sternen
von Stefan Deiters
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17. Juni 2015

Mithilfe des Very Large Telescope der ESO und anderer Großteleskope haben Astronomen die bislang hellste Galaxie im jungen Universum aufgespürt. Sie fanden zudem Hinweise darauf, dass sich in dieser Galaxie Sterne der ersten Generation befinden. Diese Sonnen waren dafür verantwortlich, dass im Universum die ersten schweren Elemente entstanden.

CR7

So stellt sich ein Künstler die entfernte helle Galaxie CR7 vor, in der Sterne der Population III entdeckt wurden. Bild: ESO / M. Kornmesser   [Großansicht

Über die erste Generation von Sternen konnten Astronomen bislang praktisch nur theoretische Überlegungen anstellen. Sie bezeichnen diese ersten Sonnen, die nach dem Urknall aufleuchteten, als Sterne der Population III. Sie müssen sich ausschließlich aus dem Material gebildet haben, das direkt nach dem Urknall vorhanden war - also aus Wasserstoff, Helium und Spuren von Lithium.

Schwerere Elemente, wie sie beispielsweise zur Entstehung von Planeten oder auch Leben nötig sind, wurden erst im Inneren dieser ersten Sonnen und in späteren Sternengenerationen gebildet. Sterne der Milchstraße mit einem vergleichsweise hohen Anteil von schwereren Elementen bezeichnen Astronomen als Sterne der Population I, Sterne im Halo oder Bulge der Galaxie, mit einem niedrigen Anteil schwerer Elemente werden als Population II bezeichnet.

Sterne der Population III müssen, so die Theorie der Wissenschaftler, gewaltige Ausmaße erreicht haben und dürften die hundert- bis tausendfache Masse unserer Sonne gehabt haben. Sie müssen extrem hell geleuchtet haben und bereits nach rund zwei Millionen Jahren wieder als Supernova explodiert sein. Dabei reicherten sie das Material in ihrer Umgebung mit den in ihrem Inneren erzeugten schwereren Elementen an. Trotz dieser schlüssigen Theorie war es den Astronomen aber bislang nicht gelungen, die Existenz dieser Sterne auch zu beweisen.

Mit dem Very Large Telescope (VLT) der europäischen Südsternwarte ESO haben David Sobral von der Universität Lissabon und der Sternwarte in Leiden nun ins entfernte und damit junge Universum geblickt, um Galaxien zu untersuchen, die rund 800 Millionen Jahre nach dem Urknall existierten. Sie konzentrierten sich dabei nicht auf einen nur sehr kleinen Bereich am Himmel, sondern versuchten eine möglichst umfassende Durchmusterung der entferntesten Galaxien vorzunehmen. Dabei setzten sie auch auf Daten des Keck-Observatoriums, des Subaru-Teleskops und des Weltraumteleskops Hubble.

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Das Team entdeckte so eine Reihe überraschend heller und sehr junger Galaxien. Eine davon, CR7 genannt, erwies sich dabei als ein ganz besonderes Objekt: Es war die mit Abstand hellste Galaxie, die man bislang in dieser Epoche des Universums beobachtet hatte - sie war drei Mal heller als andere bekannte helle Galaxien in dieser Entfernung.

Doch damit nicht genug: Beobachtungen mit dem VLT zeigten eine starke Emission von ionisiertem Helium in CR7, allerdings keine Hinweise auf irgendwelche schwereren Elemente in einem sehr hellen Bereich der Galaxie. Nach Ansicht der Astronomen ist dies ein starkes Indiz dafür, dass sie es hier mit einem Haufen aus Sternen der Population III zu tun haben, die mit ihrer Strahlung das Gas der Galaxie ionisiert haben.

"Diese Entdeckung übertraf unsere Erwartungen von Anfang an", so Sobral. "Wir hatten nämlich nicht damit gerechnet, eine so helle Galaxie zu finden. Dann, als wir die Eigenschaften von CR7 Stück für Stück enthüllten, wurde uns klar, dass wir nicht nur die mit Abstand leuchtkräftigste entfernte Galaxie gefunden hatten, sondern dass sie alle Merkmale aufwies, die man von Sternen der Population III erwarten würde. Das sind diejenigen Sterne, die die ersten schweren Atome gebildet haben, die unsere Existenz praktisch erst ermöglichten. Eine noch aufregendere Entdeckung kann man kaum machen."

Innerhalb von CR7 konnten die Forscher bläulichere und rötlichere Ansammlungen von Sternen unterscheiden, was eventuell ein Hinweis darauf ist, dass die Entstehung von Population-III-Sternen tatsächlich - wie theoretisch vorhergesagt - in Wellen ablief. Das Team beobachtete offenbar die letzte Welle von Sternen der Population III. Das deutet darauf hin, dass diese Sterne vielleicht leichter zu finden sind, als bislang angenommen, da man sie auch zwischen normalen Sternen in helleren Galaxien findet und nicht nur in den kleinsten und lichtschwächsten Galaxien, die sehr schwer zu untersuchen sind. 

"Ich habe mich immer gefragt, woher wir stammen. Schon als Kind wollte ich wissen, wo die Elemente herkommen: das Kalzium in meinen Knochen, der Kohlenstoff in meinen Muskeln, das Eisen in meinem Blut", so Jorryt Matthee von der Sternwarte in Leiden. "Ich fand heraus, dass diese erstmals gleich zu Beginn des Universums von der ersten Generation von Sternen gebildet wurden. Bemerkenswerterweise sehen wir mit dieser Entdeckung solche Objekte tatsächlich zum ersten Mal."

Die Astronomen planen weitere Beobachtungen von CR7, um zusätzliche Beweise dafür zu sammeln, dass es sich tatsächlich um Sterne der Population III handelt und um nach weiteren Beispielen für solche Objekte zu suchen. Über ihre Beobachtungen berichten die Wissenschaftler in einem Fachartikel, der in der Zeitschrift The Astrophysical Journal erscheinen wird. 

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siehe auch
Sterne: Sterne vom Ende des dunklen Zeitalters - 12. Juni 2015
Planck: Die ersten Sterne entstanden später - 6. Februar 2015
Links im WWW
Preprint des Fachartikels bei arXiv.org
ESO
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