Hubble-Teleskop

Ein Stern erzählt aus der Frühzeit des Universums

5. April 2022, 5:00 Uhr | Heinz Arnold
»Earendel« befindet sich genau auf einer »Kräuselung« der Raumzeit (gepunktete Linie),
»Earendel« befindet sich genau auf einer »Kräuselung« der Raumzeit (gestrichelte Linie), hervorgerufen durch die Masse eines Galaxien-Clusters, der zwischen dem Stern und dem Hubble-Teleskop liegt und »Earendel« vergrößert. Nur wegen dieses Gravitationslinseneffektes kann Hubble den fast 13 Mrd. Lichtjahre entfernten Stern überhaupt »sehen« und aufnehmen.
© Science: NASA, ESA, Brian Welch (JHU), Dan Coe (STScI); Image processing: NASA, ESA, Alyssa Pagan (STScI)

Über eine solche Entfernung hat noch nie ein Mensch einen Stern gesehen: 12,9 Mrd. Jahre war das Licht unterwegs, bis es die Spiegel des Hubble-Teleskops traf und das Bild aufgenommen wurde.

Vor 12,9 Mrd. Jahren, als sich das Licht des Sterns, den die Wissenschaftler auf den Namen »Earendel« tauften (Morgenstern auf Altenglisch), auf die lange Reise machte, hatte das Universum erst 7 Prozent seines heutigen Alters erreicht. Bei den einzigen Objekten, die über so große Distanzen bisher beobachtbar waren, handelt es sich um ganze Galaxien. Selbst sie erscheinen nur als diffuse Lichtflecken.

Deshalb konnten es die Wissenschaftler kaum glauben, einen einzelnen Stern sehen zu können, wie der Astronom Brian Welch von der Johns Hopkins University in Baltimore in seinem Artikel in Nature berichtet. Zwar ist der Stern 50 Mal größer als unsere Sonne, doch würde seine Leuchtkraft alleine nicht ausreichen, um von Hubble gesehen zu werden. Das ist nur möglich, weil das Licht der Heimatgalaxie, in der sich »Earendel« aufhält, auf dem Weg zu Hubble eine Gravitationslinse durchlaufen hat, die das Licht der Galaxie zu einem langgezogenen Bogen verzerrt – aber auch Objekte vergrößert.

Den Gravitationslinseneffekt verursacht die enorme Masse eines großen Galaxien-Clusters (WHL0137-08), der zwischen »Earendel« und Hubble liegt. Den Bogen haben die Wissenschaftler auf den Namen »Sunrise Arc« getauft, wo sich der Stern genau auf einer durch den Galaxien-Cluster hervorgerufenen »Kräuselung« der Raumzeit befindet. Dadurch wird er stark vergrößert und hebt sich vor dem Hintergrundleuchten seiner Galaxie als für uns sichtbarer Einzelstern ab.  

Jetzt könnte dieser Stern uns bisher unbekannte Informationen darüber liefern, wie die Sternbildung im frühen Universum vor sich ging. »Earendel« hat sich so früh gebildet, dass er kaum aus Materialien bestehen konnte, die erst in späteren Sterngenerationen gebildet wurden. »Er gestattet uns, erstmals einen Blick in einen Zeitabschnitt zu werfen, der uns bisher verborgen war. Damals entstand aber das, was schließlich zu dem führte, was wir heute sehen. Es ist, als ob wir ein wirklich interessantes Buch lesen würden, das wir aber mit dem zweiten Kapitel beginnen mussten. Nun haben wir die Chance, zu lesen, was im ersten Kapitel steht und wie alles anfing«, sagt Brian Welch.

Die Forscher sind gespannt, was uns »Earendel« über künftige Aufnahmen des James Webb Space Telescope, das demnächst seine Arbeit aufnehmen soll, weiter über die Frühzeit der Sternentstehung und damit des Universums verraten wird. Zumindest sollte sich dann endgültig entscheiden lassen, ob »Earendel« tatsächlich ein Stern ist, welche Helligkeit er genau besitzt und wie hoch seine Temperatur ist.

Die Forscher erwarten, dass sich die Galaxie als sehr »metallarm« und »Earendel« sich als einer der sehr seltenen »metallarmen« massereichen Sterne herausstellen wird. (In der Astronomie werden alle Elemente als »Metalle« bezeichnet, die schwerer sind als Helium). Denn der gängigen Theorie nach kann es nach dem Urknall im frühen Universum nur Wasserstoff, Helium und Lithium gegeben haben. Alle schwereren Elemente haben sich dann erst in Sternen und Supernovae gebildet. Deshalb wird es spannend sein, zu erfahren, ob »Earendel« tatsächlich nur aus »primordialen« Wasserstoff, Deuterium Tritium, Helium und Lithium bestanden hat. Dann würde er zur Klasse der »Population-III«-Sterne gehören, der ersten Sternpopulation, die sich nach dem Urknall gebildet hatte.

Dagegen gehört unsere Sonne zu einer späteren Generation. Denn sie (und unser Planetensystem) enthalten viele schwere Elemente. Die Sonne und mit ihr unser Planentensystem können sich also erst aus den Überresten von Supernova-Explosionen gebildet haben, die frühere Sterngenerationen hinterlassen hatten.

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