Gasscheiben junger Sterne gebaren weitere Sterne Erste Sterne des Universums waren nicht allein - scinexx | Das Wissensmagazin
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Gasscheiben junger Sterne gebaren weitere Sterne

Erste Sterne des Universums waren nicht allein

Simulation zur Entstehung der ersten Sterne: Im Zentrum des Minihalos bildet sich eine Scheibe, die kurz darauf in eine kleine Gruppe von Protosternen fragmentiert. Die gezeigte Box ist gerade einmal 200 Astronomische Einheiten groß. Die Dichte ist von schwarz (geringste Dichte) bis gelb (höchste Dichte) farbkodiert. © MPA

Die ersten Sterne des Universums waren keine Einzelsterne, wie bisher angenommen, sondern wurden mit einer Vielzahl kleinerer Begleitsterne geboren. Computersimulationen belegen, dass sich Gasscheiben, die junge Sterne umgeben, während des Geburtsvorgangs teilen können. Aus diesen Fragmenten bilden sich dann weitere neue Sterne. Diese jetzt in „Science“ veröffentlichte Erkenntnis wirft ein völlig neues Licht auf die Bildung der ersten Sterne nach dem Urknall.

Sterne entstehen aus kosmischen Gaswolken in einem komplexen Wechselspiel aus Gravitation und Gasdruck. Aufgrund der eigenen Schwerkraft beginnt sich das Gas immer weiter zu verdichten. Dabei erwärmt es sich, der Druck steigt, und die Verdichtung stoppt. 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.

Nicht nur massereiche Einzelsterne

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 für diese ersten Sterne Massen von etwa dem Hundertfachen der Sonne voraus. Ein internationales Forscherteam unter Leitung von Paul Clark vom Zentrum für Astronomie der Universität Heidelberg hat diese Vorgänge nun mit Hilfe von Computersimulationen untersucht. Die Astronomen stellten dabei fest, dass das einfache Bild von nur massereichen ersten Sternen revidiert werden muss.

Intergalaktisches Gas kollabiert in einem `Minihalo' aus Dunkler Materie und erhitzt sich durch die Freisetzung von potentieller Energie. Nur im Zentrum kühlt das Gas durch molekularen Wasserstoff. Der gezeigte Ausschnitt ist 30,000 Lichtjahre groß. Die Farben deuten die Temperatur an, wobei Regionen mit der geringsten Temperatur schwarz dargestellt sind, Regionen mit der höchsten Temperatur sind weiß kodiert. © MPA

Offenbar gab es im frühen Universum nicht nur riesige Einzelsterne. 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; 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.

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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“, erklärt Clark.

(Max-Planck-Institut für Astrophysik (MPA), 04.02.2011 – NPO)

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