Wie sind eigentlich die allerersten Sterne entstanden? Ich hab ja schon vor ein paar Wochen über die Arbeit der Hamburger Forscher über den bisher ältesten bekannten Stern geschrieben. Dieser Stern – HE 1327-2326 – gehört zur sogenannten Population II. Aus den Überresten dieser Sterne sind dann die meisten der gegenwärtigen Sterne (Population I) entstanden, auch unsere Sonne. Aber auch die Sterne der Population II müssen Vorgänger gehabt haben. Denn diese Sterne enthalten Elemente die nur durch frühere Kernfusionen entstanden sein können.

Es muss also eine Generation von allerersten Sternen existiert haben, in denen durch Fusionsprozesse diese schwereren Elemente entstanden sind. Nach dem Tod dieser Sterne wurden diese Elemente im Universum verteilt und standen der nachfolgenden Population als Baumaterial zur Verfügung.

Über diese Sterne – die sg. Population III – ist allerdings nicht allzuviel bekannt. Sie waren vermutlich sehr massereich und daher auch sehr kurzlebig. Es ist daher unwahrscheinlich, dass einige bis heute überlebt haben und entdeckt werden können. Es existieren bis jetzt nur theoretische Untersuchungen zu diesen primordialen Sternen.

Eine neue wissenschaftliche Arbeit zu diesem Thema ist gestern in Science erschienen: „Protostar Formation in the Early Universe“ von Naoki Yoshida,
Kazuyuki Omukai
und
Lars Hernquist (der Artikel ist auch hier kostenfrei zugänglich). Sie haben in dieser Arbeit umfangreiche Simulationen zur Entwicklung von kosmischen Strukturen und der Entstehung der ersten Sterne im frühen Universum durchgeführt. Dabei fanden sie, dass sich aus den ursprünglichen Dichteunterschieden im Universum die noch vom Urknall stammen, kleine Protosterne (mit etwa einem Zehntel der Sonnemasse) bilden können. Im Laufe der Zeit sammeln diese Protosterne immer mehr Material an. Das kann erstaunlich schnell gehen: innerhalb von 1000 Jahren kann der Protostern bis auf das Zehnfache einer Sonnemasse anwachsen. Wenn der Protostern dann schließlich zum „echten“ Stern wird (ein sg. Hauptreihenstern) kann er einige hundert Sonnenmassen haben.

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Bild: Yoshida/Omukai/Hernquist. Zu sehen ist eine Sternentstehungsregion aus verschiedenen Abständen. Das letzte Bild rechts unten zeigt den eigentlich Protostern der noch keine sphärische Form aufweist sondern noch „Spiralarme“ aufweist.

Diese Simulation zeigt also dass aus den Fluktuationen nach Urknall tatsächlich Sterne entstehen können die so beschaffen sind, dass sie die Grundlage für die heute beobachtete Sternenpopulation bilden können. Und wer weiß, vielleicht gibt es doch noch den einen oder anderen langlebigen Stern der allerersten Generation (einige Theorien schließen das nicht aus) der in Zukunft mit einem der großen Teleskope entdeckt werden kann!


P.S. Falls jemand den Stern zum Wochenende vermissen sollte, der sonst immer Samstags erscheint: der wurde zum Stern des Monats (erscheint immer Mitte des Monats). Am Samstags gibts nun immer „Neues aus der Forschung„.

10 Gedanken zu „Neues aus der Forschung: die allerersten Sterne“
  1. diese Spiralarme können theoretisch sicherlich „abbrechen“, oder?

    wenn das passiert, könnte sich aus dem abgebrochenen stück dann ein Mond formen? (rein theoretische Annahme?)

  2. @Andylee: Naja, die Sache ist ein bisschen komplexer. Der Protostern sitzt ja nicht isoliert irgendwo im leeren Raum sondern inmitten einer großen Gaswolke. Und in diesem Medium kann es dann zu „Dichtewellen“ kommen, die dann zur Ausbildung solcher Arme führen (vergleichbar mit den Spiralarmen der Galaxien). Wenn der Protostern dann wächst und weniger Material den Stern umgibt, dann verschwinden auch die Spiralarme. „Mond“entstehung (Sterne haben ja auch keine Monde 😉 wenn, dann wären das Planeten) funktioniert so nicht – das läuft ein bisschen anders ab (und Planetenentstehung sind bei dieser Studie auch nicht berücksichtigt worden).

  3. ooook, jetzt definiere ich mal:

    Planet ist rund, dreht sich um eine (die eine?) Sonne und hat keine Gaswolken um sich herum. Er leuchtet nicht, sondern reflektiert Licht.

    Der Stern wiederum ist gasförmig, nicht zwingend rund und leuchtet (kann leuchten?).

    Bitte hier um Aufklärung, mir hilft auch wikipedia nicht weiter, die Artikel zu dem Thema dort sind ur…. verdreht…. also ich versteh sie nicht 🙂

  4. Also um die Definition von „Planet“ wurde und wird immer noch heftig gestritte. Ganz simpel gesagt: ein Stern ist selbstleuchtend; ein Planet nicht. Ein Stern ist immer gasförmig; ein Planet muss es nicht sein (Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun sind z.B. gasförmig; Merkur, Venus, Erde und Mars nicht). Rund sind beide – jedes Objekt das schwer genug ist wird unter seiner eigenen Gravitation automatisch rund.
    Das mit den Gaswolken hat eher was mit der Entstehung zu tun. Wenn sich in einer interstellaren Gaswolke „Klumpen“ bilden, dann ziehen die das sie umgebende Material an und es bildet sich ein Protostern mit einer Gasscheibe rundherum (und dann können auch die verschiedensten Strukturen, u.a. diese Spiralen entstehen). Aus dieser Gasscheibe entstehen auch die Planeten. Irgendwann sind Stern und Planetensystem „fertig“ und wir haben ein Sonnensystem wie unseres wo es im interplanetaren Raum nur mehr sehr wenig Gas gibt.

  5. Auf der Suche nach den letzten der ersten Sterne..; Sternenpopulationen-! Wow, das wusst ich auch noch nicht. Ich dachte bisher, die wären alle seit dem Urknall vorhanden. Vielen Dank für den Weltbaustein! Und daher die schweren Elemente..- könnten die nun immer schwerer werden, oder kollabieren wie die Sterne irgendwann dann auch die Kerne?
    Und das mit der Sternentstehung-, ging das da nicht kontinuierlich(er) vonstatten, also weniger in Populations-ab-schnitten III, II und I; bzw. wie werden die so genau klassifiziert?

    Ein anderes Astro-Blog auf das ich vorhin traf, hat mir mal wieder mit einer beeindruckenden Bildauswahl gezeigt, wie sehr man sich doch immer wieder für den Himmel begeistern kann.

  6. @Michael: Also beliebig schwere Elemente können in Sternen nicht erzeugt werden. Anfangen tuts mit Wasserstoff (und vielleicht ein klein wenig Helium). Das sind die Pop. III-Sterne. In ihrem inneren entstehen dann durch Fusion schwerere Elemente die durch Supernova-Explosionen bei ihrem Tod im Weltall verteilt werden. Für die Pop. II-Sterne steht dann also schon Wasserstoff/Helium und schwerere Elemente zur Verfügung. Sie erzeugen dann noch schwerere Elemente die dann für die nächste Generation (Pop. I, die „aktuellen“ Sterne) zur Verfügung stehen. Aber Elemente die schwerer sind als Eisen können durch Kernfusion nicht erzeugt werden – da ist dann Schluß (und Eisen wird schon in den Pop.I-Sternen erzeugt).

    Zu den Populationen: also es war natürlich nicht so, dass immer schön der Reihe nach erst alle Pop-III Sterne ausbrannten und dann alle Pop-II Sterne entstanden usw. Überschneidungen gabs da immer. Die genau Definition erfolgt über die chemische Zusammensetzung (also den Anteil der schweren Elemente) und das Alter der Sterne.

    alpha -centauri hat übrigens auch eine schöne sendung über die sternpopulationen.

  7. hi florian,
    ne frage zur Erbrütung von Elementen:

    Aber Elemente die schwerer sind als Eisen können durch Kernfusion nicht erzeugt werden – da ist dann Schluß (und Eisen wird schon in den Pop.I-Sternen erzeugt).

    Hmm, woher kommen dann die schwereren Elemente? Ich war bislang der durchaus unprofessionellen Meinung, dass alle Elemente irgendwann in irgend einem Stern erbrütet werden mussten …

    Grüße

    Jochen

  8. @Jochen: Das habe ich wohl ein bisschen missverständlich formuliert. Schwerer Elemente können nicht durch Kernfusion entstehen. Entstehen tun sie natürlich auch – aber in diesem Fall in dem von den leichteren Neutronen eingefangen werden und einen späteren Betazerfall. Das muss aber nicht unbedingt in Sternen passieren. Auch in der Erde kann auf diese Art z.B. Plutonium aus Uran entstehen. Hier findest du mehr zu der ganzen Sache.

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