Die Entdeckung von Schwere Elementen in früherer Sternengeneration
Schon 500 Millionen Jahre nach dem Urknall haben Galaxien schwere Elemente wie Sauerstoff, Kohlenstoff und Silicium produziert und im frühen Universum verteilt. Das haben Beobachtungen mit dem Weltraumteleskop James Webb ergeben. Diese Entdeckung hat die bisherige Vorstellung von der Entstehung schwerer Elemente grundlegend verändert.
Früher entstanden und früher verteilt
Gelungen ist die Entdeckung mit dem Weltraumteleskop James Webb. Das Team um Yongda Zhu untersuchte das Licht, das drei Galaxien eine halbe Milliarde Jahre nach dem Urknall verlassen hat. Auf dem Weg hat es intergalaktisches Gas durchquert, das wiederum Spuren im Spektrum des Lichts hinterlassen hat. Genau diese Spuren hat das Team untersucht und die Spuren der unerwarteten Elemente entdeckt. Die seien zudem leicht verschoben gewesen, was darauf hindeute, dass sich das Gas auf uns zu – und damit von den Galaxien wegbewegt hat. Jene haben diese neuen Elemente damals also bereits im Kosmos verteilt.
Die erste Sternengeneration
Früher entstanden und früher verteilt ist eine entscheidende Entdeckung, die die Vorstellung von der ersten Sternengeneration grundlegend verändert. Gelten bisherige Annahmen, dass die erste Sternengeneration nur aus Wasserstoff und Helium bestand, so hat die Entdeckung neue Dimensionen eingebracht. Diese erste Sternengeneration, die sich aus Wasserstoff und Helium gebildet hat, wird als Population III bezeichnet. Diese erste Sternengeneration war zehn- oder hundertmal massereicher als unsere Sonne und vergleichsweise rasch nach wenigen Millionen Jahren in gewaltigen Supernovae endeten. Erst dabei entstanden schwerere Elemente wie Kohlenstoff, Sauerstoff, Magnesium und etwas Eisen, die die Grundlage für die nächste Sternenpopulation bildeten.
Reionisierung: Eine wichtige Epoche
Als Reionisierung wird eine Epoche der Geschichte des Kosmos bezeichnet, in der etwa 500 bis 900 Millionen Jahre nach dem Urknall jenes lichtdurchlässige Universum entstanden ist, das wir heute kennen. Während dieser „kosmischen Morgendämmerung“ haben die ersten Sterne und Galaxien die Elektronen von den Wasserstoffkernen (den Protonen) getrennt. Die konnten dann keine Photonen (also Licht) mehr absorbieren, das Universum wurde transparent. Erst dank des Weltraumteleskops James Webb kann dieser Prozess inzwischen genauer erforscht werden und die jetzt bekannt gemachte Untersuchung zeigt, dass hier noch Überraschungen warten.
Vorgestellt in Nature Astronomy
Das Forschungsteam stellt die Entdeckung mit einer Reihe von Analogien vor, damit man sich den entdeckten Prozess besser vorstellen kann. So vergleicht Yongda Zhu den Prozess der Verteilung der offenbar deutlich früher entstandenen schweren Elemente mit der Ausbreitung von Lebensmittelfarbe in einem Becher voller Wasser: „Die Farbe beginnt sich im Wasser auszubreiten, und in ähnlicher Weise begannen diese schweren Elemente aus frühen Galaxien, in den Weltraum zu entweichen und ihre Umgebung ‚anzureichern‘.“ Dass dabei die Spuren der Population III schneller versteckt wurden, erinnert ihn an Vanilleeis, in das man Streusel mischt. Da dauere es auch nicht lange, bis man kein reines, schlichtes Vanilleeis mehr finden könne.
Schlussfolgerung
Die Entdeckung von schwere Elementen in früherer Sternengeneration hat die Astronomie grundlegend verändert. Es zeigt, dass die Entstehung schwerer Elemente viel früher begonnen hat, als bisher gedacht. Diese Entdeckung ist nicht nur eine wichtige Fortschritt in der Astronomie, sondern könnte auch ein großes Rätsel der Astronomie lösen. Sie könnte bedeuten, dass die allererste Sternengeneration im Kosmos viel früher abgelöst wurde, als bisher gedacht und deshalb so schwer zu finden wäre."
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