Seit Astronomen erkannt haben, dass sich das Universum in einem ständigen Expansionszustand befindet und dass wahrscheinlich vor 13,8 Milliarden Jahren eine massive Explosion begann (die Urknall ) gibt es ungeklärte Fragen, wann und wie die ersten Sterne entstanden sind. Basierend auf Daten, die von der NASA gesammelt wurden Wilkinson Mikrowellen-Anisotropie-Sonde (WMAP) und ähnlichen Missionen soll dies etwa 100 Millionen Jahre nach dem Urknall passiert sein.
Viele Details, wie dieser komplexe Prozess funktionierte, sind ein Rätsel geblieben. Neue Beweise, die von einem Team unter der Leitung von Forschern der Max-Planck-Institut für Astronomie deutet darauf hin, dass sich die ersten Sterne ziemlich schnell gebildet haben müssen. Verwendung von Daten aus dem Magellan-Teleskope am Las Campanas-Observatorium beobachtete das Team eine Gaswolke, in der nur 850 Millionen Jahre nach dem Urknall Sternentstehung stattfand.
Die Studie, in der ihre Ergebnisse beschrieben wurden, die kürzlich in der Astrophysikalisches Journal , wurde von Eduardo Bañados geleitet. Ein Mitglied bei der Carnegie-Institut für Wissenschaft Damals beobachteten Banados und seine Kollegen die Gaswolke, während sie Folgebeobachtungen an einer Untersuchung von 15 der am weitesten entfernten bekannten Quasare durchführten.
Diese Umfrage wurde von Chiara Mazzucchelli, einer Astronomin der Europäischen Südsternwarte (ESO) und Co-Autorin der Studie, im Rahmen ihres Ph.D. Forschung am Max-Planck-Institut für Astronomie. Bei der Untersuchung der Spektren insbesondere eines Quasars (P183+05) stellten sie fest, dass dieser einige ziemlich eigentümliche Merkmale aufwies.
Mit den 6,5-m-Magellan-Teleskopen der Carnegie Institution am Las Campanas-Observatorium in Chile erkannten Banados und seine Kollegen die spektralen Merkmale als das, was sie waren: eine nahe Gaswolke, die vom Quasar beleuchtet wurde. Die Spektren sagten ihnen auch, wie weit die Gaswolke von der Erde entfernt war – über 13 Milliarden Lichtjahre entfernt – und war damit eine der am weitesten entfernten, die jemals von Astronomen beobachtet und identifiziert wurde.
Darüber hinaus fanden sie Spektren, die das Vorhandensein von Spurenelementen wie Kohlenstoff, Sauerstoff, Eisen und Magnesium anzeigten – chemisch als „Metalle“ bezeichnet, da sie schwerer als Helium sind. Solche Elemente wurden während des frühen Universums geschaffen, als die ersten Generationen von Sternen (auch bekannt als „Population III“) sie nach dem Ende ihrer Lebensdauer in den Kosmos entließen und als Supernovae explodierten.
Die Magellan-Teleskope des Las Campanas-Observatoriums in Chile. Kredit: Carnegie Institution of Science
Wie Michael Rauch, Astronom der Carnegie Institution of Science und Co-Autor der neuen Studie, genannt :
„Nachdem wir überzeugt waren, dass [wir] nur 850 Millionen Jahre nach dem Urknall solch reines Gas untersuchten, begannen wir uns zu fragen, ob dieses System noch die chemischen Signaturen der allerersten Generation von Sternen behalten kann.“
Die Suche nach der ersten Generation von Sternen ist seit langem das Ziel von Astronomen, da dies ein umfassenderes Verständnis der Geschichte des Universums ermöglichen würde. Im Laufe der Zeit spielten Elemente, die schwerer als Wasserstoff waren, eine Schlüsselrolle bei der Entstehung von Sternen, bei denen Materie durch gegenseitige Anziehung zusammenklumpt und dann durch die Gravitation kollabiert.
Da nach dem Urknall nur noch Wasserstoff und Helium im Universum existierten, besaß die erste Sternengeneration diese chemischen Elemente nicht – was sie von allen nachfolgenden Generationen unterscheidet. Es war daher überraschend, eine relative Häufigkeit dieser Elemente in einer so frühen Gaswolke festzustellen, die tatsächlich mit dem vergleichbar war, was Astronomen heute in intergalaktischen Gaswolken sehen.
Nach neuen Erkenntnissen könnten sich Sterne eine Milliarde Jahre früher gebildet haben, als wir dachten. Bildnachweis: NASA/Serge Brunier
Diese Beobachtungen stellen eine große Herausforderung für konventionelle Theorien zur Entstehung der ersten Sterne in unserem Universum dar. Im Wesentlichen deutet es darauf hin, dass die Sternentstehung viel früher begonnen haben muss, um diese chemischen Elemente zu produzieren. Basierend auf Studien mit Supernovae vom Typ Ia wird geschätzt, dass die Explosionen, die zur Herstellung dieser Metalle mit der beobachteten Häufigkeit erforderlich sind, etwa 1 Milliarde Jahre dauern würden.
Kurz gesagt, die Wissenschaftler können bei der Geburt der ersten Sterne um etwa eine Generation daneben liegen, was darauf hindeutet, dass es während der frühesten Äonen des Universums einige gegeben haben könnte. Dies bedeutet effektiv, dass sich die ersten Sterne ziemlich schnell aus der Ursuppe aus Wasserstoff und Helium, die das frühe Universum bildete, hätten bilden müssen. Dieser Befund könnte schwerwiegende Auswirkungen auf Theorien zur kosmischen Evolution haben.
Wie gebadet genannt , besteht das Ziel nun darin, dies zu bestätigen, indem zusätzliche Gaswolken gefunden werden, die ähnliche chemische Häufigkeiten aufweisen:
„Es ist aufregend, dass wir Metallizität und chemische Häufigkeiten so früh in der Geschichte des Universums messen können, aber wenn wir die Signaturen der ersten Sterne identifizieren wollen, müssen wir noch früher in der kosmischen Geschichte untersuchen. Ich bin optimistisch, dass wir noch weiter entfernte Gaswolken finden werden, was uns helfen könnte zu verstehen, wie die ersten Sterne entstanden sind.“
Die Relativität sagt uns, dass Raum und Zeit zwei Ausdrücke derselben Realität sind. Ergo, indem wir weiter ins Universum hinausschauen, blicken wir auch weiter zurück in die Zeit. Auf diese Weise konnten Astronomen ihre kosmologischen Modelle und Vorstellungen davon, wie und wann alles begann, anpassen. Zu wissen, dass die Ursprünge der ersten Sterne im Universum in eine noch frühere Zeit verschoben werden könnten; Nun, das ist nur ein Teil der Lernkurve!
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