Die ersten Sterne sind vielleicht noch nicht tot! Es hinterlässt eine Blase

Wissenschaftler entdecken eine Supernova, die einen frühen Stern zerstörte

Das Team nutzte einen 13,1 Milliarden Jahre alten Quasar, um chemische Spuren von Sternen der Population III zu entdecken.

Astronomen haben chemische Spuren eines Sterns entdeckt, der existierte, als das Universum gerade einmal 10 Millionen Jahre alt war. Es könnte sich dabei um einen der frühesten Sterne handeln, der jetzt als Supernova explodiert.

Diese „Sterne der ersten Generation“, bekannt als Sterne der Population III, verteilen die im Laufe ihres Lebens angesammelten Chemikalien in einer Supernova-Explosion, die als titanische Explosion bezeichnet wird, im ganzen Universum. Diese Materialien sind an der Entstehung und Entwicklung der nächsten Generation von Sternen, Planeten und sogar Menschen beteiligt. Dies bedeutet auch, dass wir, um die Geschichte des Universums über 13,7 Milliarden Jahre hinweg zu verstehen, zunächst verstehen müssen, wie diese frühesten Sterne das Universum mit Schwermetallen angereichert haben.

Bislang ist es Wissenschaftlern jedoch nicht gelungen, direkte Beweise für diese alten Sterne – Population III – zu finden.

Eine künstlerische Nahaufnahme davon basierte auf der Tatsache, dass Sterne der Population III 100 Millionen Jahre nach dem Urknall erscheinen würden.

(Bildnachweis: Internationales Institut für Infrarot-Optische Astronomie/National Health Foundation/Association for Research in Astronomy/J. Dashiva/Space Engines)

Eine Gruppe von Wissenschaftlern entdeckte bei Beobachtungen mit dem 8,1 Meter großen Gemini-Nord-Teleskop auf den Hawaii-Inseln eine galaxieähnliche Struktur, die unter der Kontrolle eines schwarzen Lochs starkes Licht aussendet. Wissenschaftler vermuten, dass das Licht vor 13,1 Milliarden Jahren aus dem Universum kam. Sie entdeckten außerdem eine Materiewolke mit einzigartigen chemischen Eigenschaften, die sie umgibt, wie eine riesige Blase im Universum.

Mithilfe vorhandener Technologien zum Filtern und Beobachten von Chemikalien in interstellaren Wolken haben Wissenschaftler ungewöhnlich hohe Magnesiumwerte entdeckt – zehnmal mehr als in der Sonne. Astronomen glauben, dass diese Nebelfragmente das Ergebnis von Supernova-Explosionen der ersten Sternengeneration sein könnten. Diese Planeten explodieren mit einer Kraft, die mehr als 300-mal so groß ist wie die unserer Sonne. Dabei handelt es sich um eine sogenannte Paarinstabilitäts-Supernova.

Astronomen haben bisher eine Paarinstabilitäts-Supernova entdeckt und die Theorie aufgestellt, dass nur Riesensterne wie dieser, deren Masse das 150- bis 250-fache der Masse der Sonne im Zustand eines Roten Riesen beträgt, eine derart gewaltige Explosion aufweisen können.

Wenn wir weiterhin über diese Explosion spekulieren, verwandeln sich die Photonen im Stern spontan in negative Elektronen und bilden zusammen mit ihren positiv geladenen Gegenstücken, den Positronen, ein nach außen gerichtetes Strahlungsfeld, das mit dem eigenen Gravitationsfeld des Sterns interagiert. Dieser Effekt tritt allerdings nur während der Lebenszeit eines Sterns auf. Daher kommt es am Ende seines Lebenszyklus bei einem Stern zu einem inneren Gravitationskollaps und die Materie an seiner Oberfläche wird „explodieren“, wodurch die Supernova-Explosion entsteht, die wir heute beobachten.

Dies ist ein Bild eines relativ nahen Quasars, das Wissenschaftler zur Untersuchung der ersten Sternengeneration verwenden.

(Bildnachweis: Internationales Institut für Infrarot-Optische Astronomie/National Health Foundation/Association for Research in Astronomy/J. Dashiva/Space Engines)

Während die ursprüngliche Supernova-Explosion Überreste in der Form von Newtonschen Galaxien oder Schwarzen Löchern hinterließ, handelt es sich weder in ihrer Erscheinung noch in ihrer Funktion mehr um Paarinstabilitäts-Supernovae. Dennoch überträgt es die in ihm enthaltene Materie weiterhin in explosionsartigem Ausmaß ins Universum.

Dies bedeutet tatsächlich, dass diese Supernovas nicht durch die Beobachtung von Sterntrümmern entdeckt werden. Wir können sie jetzt nur auf zwei Arten beobachten: entweder wir beobachten sie direkt, wenn sie explodieren, oder wir suchen nach Relikten in der Materie, aus der sie einst explodierten.

„Bei diesem Supernova-Kandidaten handelt es sich eindeutig um eine Paarinstabilitäts-Supernova der Population III, bei der in der Vergangenheit Sterne explodierten, ohne Trümmer zu hinterlassen“, sagte der Co-Autor der Studie, Yuzuru Yoshii, ein Astronom in Tokio. „Ich war erfreut, aber auch etwas überrascht, als ich herausfand, dass diese Paarinstabilitäts-Supernova die 300-fache Masse von Magnesium oder Eisen in der Sonne hatte, weil unsere Standards für den von Quasaren abgeleiteten Wert so niedrig sind.“

Chemische Überreste von Sternen der ersten Generation entdeckt

In Zusammenarbeit mit dem Tokioter Astronomen Shota Sakurai und dem Astronomen Timothy Beale von der University of Notre Dame nutzte Yoshii das 8,1-Meter-Teleskop Gemini North, um Anzeichen von Supernovae der Population III zu erfassen. Da sie gleichzeitig Elemente absorbieren und Licht einer bestimmten Wellenlänge aussenden, hinterlassen sie bei jedem Durchgang durch eine interstellare Staubwolke oder die Atmosphäre eines neuen Planeten deutlich sichtbare „Fingerabdrücke“. Durch die Erfassung und Identifizierung von Spuren dieses Lichts können Spektrometer wie das im Gemini North Telescope Center Wissenschaftlern dabei helfen, die chemische Zusammensetzung interstellarer Wolken zu bestimmen. Allerdings war es schwierig, die Menge eines Elements zu bestimmen, da wir gezeigt haben, dass die Helligkeit eines beobachteten Objekts nicht nur von seiner Menge, sondern auch von seinem Niveau abhängt.

Dies ist eine Nahaufnahme eines fernen Planeten, der 300-mal massereicher ist als unsere Sonne und in einer Supernova explodiert. (Bildnachweis: Internationales Institut für Infrarot-Optische Astronomie/National Health Foundation/Association for Research in Astronomy/J. Dashiva/Space Engines

Professoren der Universität Tokio lösten dieses Problem, indem sie die Intensität der von Quasaren ausgesendeten Lichtwellen über das gesamte Frequenzspektrum maßen. Diese Methode hat andere Wissenschaftler auf demselben Gebiet dazu inspiriert, das Rätsel der reichen Materie in den interstellaren Wolken um Quasare zu lösen. Letztlich widerlegte die Tatsache, dass es in den interstellaren Wolken mehr Eisen gibt, die ursprüngliche Theorie, dass dort mehr Eisen vorhanden sei.

Yoshii und sein Team glauben, dass dies der bislang deutlichste Hinweis auf Supernovae der Population III und Paarinstabilität ist. Als nächstes möchte ihr Team ähnliche Quasarwolken entdecken und untersuchen, ob sie diese Rollen spielen.

Obwohl die massereichen Sterne der Population III ihr Leben möglicherweise schon vor langer Zeit beendet haben, können ihre spektakulären Explosionen nur von ebenso weit entfernten Orten aus beobachtet werden, wo ihre explosive Entwicklung sogar dort, wo die Anwohner leben, mit bloßem Auge erkennbar ist. Das Forschungsteam spekuliert, dass diese Paarinstabilität möglicherweise lange Zeit bestehen bleibt, sodass in diesem Bereich Hinweise auf die Existenz von Sternen gefunden werden könnten, die vor vielen Jahren gestorben sind.

„Wir wissen jetzt, wonach wir suchen, und wir kennen den Weg“, sagte Beals außerdem. „Das ist an diesen Orten vor langer Zeit passiert. Wir sind fast sicher, dass es dort passiert ist. Was wir tun müssen, ist, Beweise dafür zu finden.“ Die Forschungsergebnisse des Teams wurden für die Aufnahme in die arXiv-Papierbibliothek ausgewählt und werden im Astrophysical Journal veröffentlicht.

VON: Robert Lea

FY:E-Orange

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