Astronomen entdecken primordiale Wasserstoffwolke mit kaum schweren Elementen Relikt des Urknalls entdeckt - scinexx | Das Wissensmagazin
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Astronomen entdecken primordiale Wasserstoffwolke mit kaum schweren Elementen

Relikt des Urknalls entdeckt

Gasfilamente
Uraltes Gas: Diese Simulation zeigt kosmische Gasfilamente, in denen sich Wolken primordialen Gases aus der Zeit dirket nach dem Urknall verbergen. © TNG Collaboration

Überraschend ursprünglich: Astronomen haben eine Gaswolke entdeckt, die aus der Zeit direkt nach dem Urknall stammen könnte. Denn sie enthält so gut wie keine schwereren Elemente – und damit auch keinerlei Spuren der ersten Sterne, wie Spektralanalysen belegen. Diese Wassersstoffwolke könnte daher eine von nur drei bisher bekannten Relikten aus der frühesten Ära des Universums sein.

Mit dem Urknall entstanden zunächst nur die leichtesten Elemente Wasserstoff, Helium und Lithium. Alle anderen Atomsorten wurden erst durch die Kernfusion im Inneren der ersten, kurzlebigen Sterne gebildet. Durch ihre Supernova-Explosionen verteilten sich die schweren Elemente – Astronomen sprechen von „Metallen“ – im gesamten Kosmos. Gaswolken ohne diese metallische „Verunreinigung“ finden sich daher heute kaum noch. Astronomen haben bisher erst zwei Relikte aus der allerersten Frühzeit des Kosmos entdeckt, eine weitere Gaswolke könnte zumindest aus der Zeit der ersten Sterne stammen.

Fahndung mit Quasarhilfe

Ein weiteres Relikt aus der Zeit des Urknalls haben nun Frederick Robert von der Swinbourne University of Technology und seine Kollegen entdeckt. Für ihre Studie hatten sie gezielt nach fernen Wasserstoffwolken gesucht, die keine oder kaum schwere Elemente enthalten. „Die ersten beiden Wolken dieser Art waren Zufallsfunde, aber wir wollten sehen, ob sie nicht vielleicht nur die Spitze eines Eisbergs sind“, erklärt Koautor John O’Meara vom St. Michaels College in England.

Für ihre Studie suchten die Astronomen nach fernen Quasaren, deren Licht durch vor ihnen liegende Wasserstoffwolken fällt. Mit dem hochsensiblen HIRES-Spektrografen des Keck Observatoriums auf Hawaii analysierten sie dann die Elementsignaturen, die das Gas in dem durch die Wolke scheinenden Licht hinterlassen hat. Acht solcher sogenannter Lyman-Limit-Systeme (LLS) durchmusterten sie auf diese Weise.

Spektrum ohne Metalllinien

Und tatsächlich: Bei einer der Wasserstoffwolken wurden die Forscher fündig: „Eine dieser Gaswolken, LLS1723, schien im HIRES-Spektrum völlig frei von Metalllinien zu sein“, berichten die Wissenschaftler. Die Wolke war ähnlich metallarm wie die beiden schon bekannten Relikte des Urknalls – und könnten daher aus einer ähnlich frühen Zeit stammen, wie die Astronomen erklären.

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„Diese Gaswolke scheint völlig ursprünglich: Selbst 1,5 Milliarden Jahre nach dem Urknall ist sie nicht von Sternenstaub verunreinigt“, sagt Robert. „Wenn sie überhaupt schwere Elemente enthält, müssen sie einen Anteil von weniger als einem Zehntausendstel der in der Sonne vorhandenen Metalle haben. Das ist extrem wenig – und die naheliegendste Erklärung dafür ist, dass es sich hier um ein echtes Relikt des Urknalls handelt.“

„Fossil“ des Urknalls

Nach Ansicht der Astronomen könnte LLS1723 aus der allerfrühesten Kinderstube des Universums stammen – aus einer Zeit, bevor die ersten Sterne entstanden. „Metallfreie Wolken wie LLS1723 könnten aus primordialem, intergalaktischem Gas bestehen, das alle Wirren des frühen Universums überstanden hat und nie von Sternen verunreinigt wurde“, so die Forscher. Dann wären diese Wolken spannende Fossilien des Urknalls, die neue Einblicke in diese Frühzeit des Kosmos liefern könnten.

Auf Basis der bisherigen Daten ist allerdings nicht auszuschließen, dass diese Gaswolke doch etwas später entstand – mit der ersten Generation der Sterne. Denn auch diese waren noch relativ arm an schweren Elementen, so dass die Verunreinigungen durch deren Explosionstrümmer extrem gering wären, wie Robert und seine Kollegen erklären. Sie wollen nun in weiteren Untersuchungen genaueres über diese ungewöhnlich „sauberen“ Gaswolken erfahren und auch nach weiteren Vertretern dieser Lyman-Limit-Systeme suchen. (Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, in press)

Quelle: W.M.Keck Observatory

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