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Sternentstehung : Eine unmögliche Sonne

  • -Aktualisiert am

Das „Gran Telescopio Canarias“ auf der Kanareninsel La Palma konnte die überraschenden Eigenschaften des Sterns „J0023+0307“ bestätigen. Bild: Daniel López/ Instituto de Astrofísica de Canarias

Zu wenig Metall: Spanische Astronomen finden einen Stern in der Milchstraße, der eigentlich gar nicht hätte entstehen dürfen.

          Der Stern „J0023+0307“ befindet sich in einer Entfernung von 9450 Lichtjahren in den Außenbereichen unserer Milchstraße – und eigentlich dürfte es ihn nicht geben. Das ergab nun eine Untersuchung von David Aguado und seinen Kollegen von der Universidad de La Laguna auf Teneriffa. Der Zwergstern im Sternbild der Fische ist am irdischen Himmel zwar nur mit großen Teleskopen auszumachen, dennoch weckte er das Interesse der Astronomen. Denn Aguado und sein Team suchten gezielt nach sogenannten „metallarmen“ Sternen. Diese zeichnen sich dadurch aus, dass sie im Vergleich zur Sonne erheblich weniger schwere chemische Elemente jenseits von Wasserstoff und Helium besitzen. Zwar besteht auch die Sonne zu 98 Prozent aus den beiden leichtesten Gasen. Die restlichen Elemente, von Astronomen „Metalle“ genannt, machen nur rund zwei Prozent der Sonnenmaterie aus. Bei der Bildung unseres Gestirns spielten diese geringen Beimischungen aber eine entscheidende Rolle.

          Der metallärmste bekannte Stern?

          Gefunden haben die Forscher um Aguado den Stern in der Datenbank des Sloan Digital Sky Survey (SDSS), einer automatisierten Himmelsdurchmusterung. Er war einer von mehreren Kandidaten für metallarme Sterne, denn in ihren Lichtspektren ließen sich keine Anzeichen schwerer Elemente finden. Allerdings stellt der SDSS nur recht grobe Spektren zur Verfügung. Nachuntersuchungen mit dem 4-Meter William Herschel Teleskop und dem 10-Meter „Gran Telescopio Canarias“ auf der Kanareninsel La Palma waren daher notwendig, um den Befund zu bestätigen: J0023+0307 (die Zahlen geben die Himmelkoordinaten des Objekts an) besitzt keine nachweisbaren Spuren von Kohlenstoff, Sauerstoff oder anderen schweren Elementen. Es könne sich durchaus um den metallärmsten bislang bekannten Stern überhaupt handeln, schreiben die Forscher in ihrem in der Fachzeitschrift „Astrophysical Journal Letters“ erschienenen Aufsatz.

          Sternentstehung ohne Metalle

          Dieses Ergebnis stellt aber das gängige Modell der Sternentstehung in Frage. Das nämlich sagt aus, dass für die Bildung von Sternen wie J0023+0307, deren Masse höchstens derjenigen der Sonne entspricht, ein Minimalanteil an Metallen notwendig ist. Ihre Rolle ist die eines Kühlmittels: Sterne entstehen durch den Kollaps ausgedehnter Gaswolken, ausgelöst durch die eigene Gravitation der Wolke. Durch die folgende Verdichtung der Wolke steigt die Temperatur des Gases an. Der dadurch erhöhte thermische Druck wirkt dem Kollaps entgegen. Wasserstoff und Helium – die beiden einzigen in nennenswerter Menge im frühen Universum vorhandenen Elemente – sind ineffektiv, wenn es darum geht, die Wärme in den Weltraum abzustrahlen. Deshalb konnten sich einige hundert Millionen Jahre nach dem Urknall nur Sterne bilden, die rund 100 Sonnenmassen schwer waren – ihre Masse war groß genug, dass Gravitation den inneren Druck des Gases auch ohne effektive Kühlung überwinden konnte. Diese Sternmonster erbrüteten in ihrem kurzen Leben schwerere Elemente, die sie bei ihrer finalen Explosion als Supernova dem übrigen kosmischen Gas beimischten. Als bessere Kühlmittel halfen diese Elemente dabei, dass sich später auch leichtere Sterne bilden konnten.

          Die Riesensterne früherer Zeiten existieren längst nicht mehr. Alle heute im Universum sichtbaren Sterne, vor allem die in unserer Heimatgalaxie, sollten daher Metalle in mehr oder weniger hoher Konzentration enthalten. Dass J0023+0307 keine messbaren Metalle enthält, bedeutet zwar nicht, dass die beschriebene Vorstellung der Sternentstehung grundlegend falsch ist. Es deutet aber darauf hin, dass weit weniger Metalle für die Bildung sonnenähnlicher Sterne notwendig sind als bislang gedacht. Eine Erklärungsmöglichkeit wäre, dass die Kühlung bei dem Kollaps mancher Gaswolken nicht vorwiegend durch Energieabstrahlung über angeregte Metall-Atome, sondern maßgeblich über Molekülverbindungen oder Staubkörnchen erfolgt. Um diese Hypothese zu bestätigen, brauche es aber mehr Beobachtungsdaten, meint Aguado. Dabei müssen die Astronomen zunächst die Frage klären, ob J0023+0307 ein außergewöhnlicher Einzelfall oder doch die Regel ist.

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