Manche Sterne sind so richtig primitiv. Damit ist allerdings nicht ihr (nicht vorhandener) Geisteszustand gemeint, sondern ihre chemische Zusammensetzung beziehungsweise ihr Alter. Denn da es ja die Sterne selbst sind, die die meisten chemischen Elemente in unserem Universum erzeugen, hängt ihre Zusammensetzung stark von ihrem Alter ab. Nach dem Urknall gab es im ganzen Kosmos nur Wasserstoff und Helium. Die ersten Sterne konnten deswegen logischerweise auch nur aus Helium und Wasserstoff bestehen. In ihrem Inneren erzeugten diese Sterne der sogenannten „Population III“ dann die ersten schwereren Elemente und als sie ihr Leben dann in einer großen Supernovaexplosion beendeten, wurden die frisch geschaffenen Elemente im Universum verteilt. Die nächste Generation der Sterne, die „Population II“ hatte also schon von Anfang an ein paar schwere Elemente intus. Und erst bei den jungen Sternen der „Population I“, zu der auch unsere Sonne gehört, gab es von Anfang an genug schwere Elemente, damit dann auch so Dinge wie Planeten (oder Menschen) entstehen konnten. Aus der Untersuchung der alten und primitiven Sterne kann man viel über die Entwicklung des jungen Universums lernen. Aber dazu muss man sie erst einmal finden. Einem internationalen Team von Astronomen ist es nun gelungen, den bisher primitivsten Stern zu entdecken.
Das Alter eines individuellen Sterns zu bestimmen, ist gar nicht so einfach. Man hat ja erst mal nur einen kleinen Lichtpunkt auf irgendeiner fotografischen Aufnahme. Daraus kann man dann die Helligkeit des Sterns bestimmen und daraus dann wieder seine Masse und seine Temperatur ableiten. Diese beiden Parameter bestimmen den Lebenszyklus eines jeden Sterns – ich habe darüber ausführlich in meinem Artikel über das Hertzsprung-Russell-Diagramm berichtet. Je mehr Masse ein Stern hat, desto heißer brennt er und desto schneller hat er den Brennstoff in seinem Inneren aufgebraucht: Je mehr Masse, desto kürzer das Leben. Man hat die Sterne mittlerweile gut genug verstanden, um theoretische Modelle zu entwickeln, die vorhersagen, wie sich Masse, Temperatur und Leuchtkraft im Laufe eines Sternenlebens verändern und aus einem Vergleich von Beobachtungsdaten mit diesen Modellen kann man meistens einen brauchbaren Wert für das Alter eines Sterns ableiten.
Zwischen Sternen der Population I und II zu unterscheiden ist dagegen ein klein wenig leichter. Dazu muss man die sogenannte „Metallizität“ messen. Da Wasserstoff und Helium auch heute noch die Zusammensetzung aller Sterne dominieren, hat es sich in der Astronomie eingebürgert, den ganzen Rest der chemischen Elemente zusammenfassend „Metalle“ zu nennen. Die Sonne zum Beispiel besteht aus 92 Prozent Wasserstoff, 7,8 Prozent Helium und 0,2 Prozent Metallen. Bei Sternen der primitiveren Population II ist die Metallizität wesentlich geringer. Und bei dem nun entdeckten Stern der den poetischen Namen SMSS J031300.36-670839.3 trägt, ist die Metallizität geringer als bei jedem anderen bisher untersuchten Stern.
Wissenschaftler um Stefan Keller von der Australian National University haben seine Zusammensetzung untersucht und dort keinerlei Hinweise auf Eisen gefunden („A single low-energy, iron-poor supernova as the source of metals in the star SMSS J 031300.36-670839.3“). Eisen ist das Endprodukt der Kernfusion im Inneren von Sternen; alle noch schwereren Elemente können nur in der kurzen, energiereichen Endphase eines Sternenlebens und den dann stattfindenen Supernova-Explosionen erzeugt werden. Eisen ist auch ein guter Indikator für die Populationszugehörigkeit beziehungsweise das Alter eines Sterns. Und bei SMSS J0313 (ich schreib das jetzt nicht jedesmal aus!) konnte man überhaupt kein Eisen finden. Das heißt nicht, dass dort gar kein Eisen enthalten sein muss. Aber es liegt auf jeden Fall unterhalb der Messgenauigkeit der Instrumente. Der Stern kann höchstens ein zehnmillionstel der Eisenmenge der Sonne enthalten. So wenig Eisen hat man bis jetzt in noch keinem anderen Stern gefunden und das lässt Rückschlüsse auf seine Entstehung zu.
Keller und seine Kollegen vermuten, dass es nur eine einzige, vergleichsweise schwache Supernova war, die vor langer Zeit explodierte und ein paar schwere Elemente in die großen Wasserstoff-Helium-Wolken ihrer Umgebung schleuderte, aus denen dann neue Sterne entstanden. Das ist ein wenig überraschend, denn man ging bisher davon aus, dass die allerersten Sterne enorm große Sterne waren. Die Ursterne der Population III waren riesige Objekte, mehr als hundert Mal massereicher als die Sonne und dementsprechend kurzlebig waren sie auch. Und dementsprechen heftig sollten eigentlich auch die Supernova-Explosionen sein, mit denen sie ihr Leben beenden. So eine heftige und energiereiche Supernova würde aber mehr Eisen und auch diverse andere Elemente erzeugen und ins All schleudern und von denen sieht man in den Beobachtungen nichts.
Zu den vorhandenen Daten passt am besten ein Vorläuferstern von etwa der 60fachen Sonnemasse, der explodierte und dabei ein schwarzes Loch zurück ließ. Das ist an sich noch nichts außergewöhnliches, denn das tun alle schweren Sterne am Ende ihres Lebens. In diesem Fall gehen Keller und seine Kollegen aber davon aus, dass der innere Kern des großen Sterns schon ein klein wenig früher zu einem schwarzen Loch kollabierte und dabei jede Menge Eisen und andere schwere Elemente einfing. Das, was dann am Ende ins All hinaus geschleudert wurde war vergleichsweise wenig und nur das, was sich in den äußeren Bereichen des Riesensterns befand und nicht vom Kollaps betroffen war.
Das alles muss vor ungefähr 13,6 Milliarden Jahren passiert sein, als das Universum erst 200 Millionen Jahre alt war. SMSS J0313 ist damit einer der ältesten bisher bekannte Sterne. Wie alt er genau ist, lässt sich schwer bestimmen, weil sich dort kein Eisen mehr messen lässt. Es ist wahrscheinlich, dass es dort draußen noch ältere Sterne gibt – aber die sind schwer zu finden. So richtig gut lassen sich nur die Sterne in der Umgebung untersuchen. SMSS J0313 befindet sich „nur“ 6000 Lichtjahre von der Sonne entfernt und gehört damit quasi noch zu unserer Nachbarschaft in der Milchstraße. Aber vielleicht gibt es anderswo bzw. in anderen Galaxien noch ältere Sterne…
Am besten wäre es natürlich, wir könnten ersten Sterne der Population III direkt beobachten. Aber das ist fast unmöglich, denn diese Sterne haben ihr Leben alle schon vor sehr langer Zeit beendet. Wir müssten 13,8 Milliarden Jahre zurück blieben bzw. entsprechend weit in die Ferne. Und das ist nicht möglich; zumindest dann nicht, wenn man an der Beobachtung einzelner Sterne interessiert ist. Es bleibt uns also weiterhin nichts anderes übrig, als die Kinder der ersten Sterne zu beobachten und aus ihren Eigenschaften auf die Eigenschaften der Vorgängergeneration zu schließen. Die Entdeckung von SMSS J0313 ist da ein wichtiger Schritt. Als dieser Stern entstand, gab es – zumindest in seiner Umgebung – noch keine anderen Sternen der Population II. Da waren nur die großen, alten Riesensterne der Population III und SMSS J0313 gehörte zu den ersten neuen Sterne, die unser Universum zu dem gemacht haben, was es heute ist. Wir werden noch viel von ihm lernen können…
Und hier gibts noch ein Video mit Erklärungen von Anna Frebel, die auch an der Entdeckung beteiligt war und zu dem Thema auch ein Buch geschrieben hat:
@Florian
Ist das so? Mir ist bekannt, dass geringe Metallizität wohl das Entstehen größerer Sterne erlauben sollte, aber verhindert sie die Entstehung kleinerer? Ob aus einem Stern ein Riese oder Zwerg wird, hängt doch auch davon ab, wie schnell und wie viel Material auf ihn fällt, bevor er zündet und seine Umgebung in der T-Tauri-Phase frei bläst. Heute entstehen in Stern haufen doch auch bunte Mischungen aller möglichen Größen von Sternen. Warum sollten also nicht auch ein paar kleine Population-III-Sterne entstanden sein, wenn sie an einem Ort in einer Gaswolke geboren wurden, wo das Material dünner verteilt war?
@Alderamin: „Ist das so?“
Meines Wissens nach ging man schon davon aus, dass die ersten Sterne groß waren. Stand glaub ich auch so im paper. Klar, es kann ein paar kleine Sterne gegeben haben. Aber die Mehrheit sollte groß gewesen sein. Aber gut; wie man sieht ist das ja eh noch ein Thema, bei dem es viel zu lernen gibt.
Verstehe ich das eigentlich richtig? Dieser Stern wäre älter als die Milchstraße und dann eigentlich von ihr eingefangen worden, als sich die Galaxis langsam aber sicher als Ballung manifestierte…
Wo dieser Stern schon überall gewesen ist …?
Höhö: Habe ich gerade bei t-online gelesen und dachte, mach mal einen auf schlau und verlinke das bei Florian Freistetter! Der zweite Gedanke war, mach das mal nicht, der schreibt bestimmt darüber. Voila!
🙂
Danke!
Boah, die Anna Frebel ist ja wahnsinnig sympathisch!
Eine der Autorinnen der Arbeit Anna Frebel schreibt auf der Seite (https://afrebel.scripts.mit.edu/www/?page_id=1726) zu der Entdeckung auf die Frage:
„Is SM0313 is the oldest star we know?“
„Truthfully, we don’t actually know how old SM013 is. This is because, sadly, we can’t determine a specific age of these kinds of objects. However, the chemical composition of SM0313 tells us that it is a second-generation star in the Universe which naturally makes this star nearly as old as the universe itself.“
Insofern möchten die Wissenschaftler wohl ungern vom ältesten Stern sprechen. Und auch die Erklärung mit dem früher entstandenen Schwarzen Loch ist nur eine von vielen möglichen Erklärungen.
@kulturoptimist: „Insofern möchten die Wissenschaftler wohl ungern vom ältesten Stern sprechen. Und auch die Erklärung mit dem früher entstandenen Schwarzen Loch ist nur eine von vielen möglichen Erklärungen.“
Interviews hab ich nicht gelesen; ich hab das berichtet, was im paper stand… Aber ich hab ja auch nicht behauptet, dass das alles unverrückbare Tatsachen sind.
@Alderamin
Ich habe mal gelesen das die leichteren Sterne eine bessere Kühlung brauchen. Kälteres Gas hat weniger Druck und kann dadurch leichter in den Kollaps zum Stern gehen. Schau mal hier nach.
betr. die Bemerkung von # 2
ist mir auch aufgefallen.
ist das Einfangen möglich ?
@kalli: „ist das Einfangen möglich ?“
Hat das Frebel in dem Video (das ich nicht ganz bis zu Ende gesehen habe) gesagt? Die Milchstraße ist ja auch schon ziemlich alt; ungefähr so alt wie der Stern selbst. Aber klar können Sterne auch „eingefangen“ werden. Die Milchstraße ist immer wieder mal mit kleinen Zwerggalaxien kollidiert und hat sich die Sterne einverleibt. Siehe zum Beispiel hier: https://scienceblogs.de/astrodicticum-simplex/2010/11/20/das-ding-aus-einer-anderen-galaxie/
Da gibt es prominentere Beispiele:
https://de.wikipedia.org/wiki/Arktur#Alter_und_Entstehung
besten Dank
@kulturoptimist
„Insofern möchten die Wissenschaftler wohl ungern vom ältesten Stern sprechen.“
Sie können es auch nicht, denn ohne nachweisbares Eisen lässt sich eben das Alter nicht mehr bestimmen.
@Bullet
Genau so ist es.
Ich hab nicht die Geduld gehabt den ganzen Text in Detail zu lesen und das ganze Video zu gucken, also wie alt ist jetzt der älteste Stern??
LG 🙂
Warum fängt man bei den ältesten Sternen mit Population III zu zählen an und bedeuten Population und Generation in diesem Zusammenhang dasselbe?
@stone1: „Warum fängt man bei den ältesten Sternen mit Population III zu zählen an und bedeuten Population und Generation in diesem Zusammenhang dasselbe?“
Tja, die Astronomen haben öfter mal seltsame Konvention. Ist bei der Helligkeit ja auch so größer. Je größer die Magnitude, desto geringer die Helligkeit…
@Kryptonoob: „Kann es nicht genauso gut ein PIII-Stern sein?“
Ne, dann würde man GAR KEINE anderen Elemente außer Wasserstoff und Helium sehen – aber ein bisschen was findet man in diesem Stern schon. Nur eben kein Eisen.
Kann es nicht genauso gut ein PIII-Stern sein?
Eine Art kleiner Rest bei der Entstehung seiner großen Brüder; so wie unsere Planeten die Reste bei der Entstehung der Sonne sind?
@Florian:
Vermutlich wurde aus Pragmatismus unser Stern erstmal unter Population I kategorisiert, konsequenterweise hätte man ja dann mit 0 und -1 weitermachen können, dann hätte man allerdings keine römischen Ziffern mehr verwenden können.
Danke für die Antwort.
…wir kennen doch als Basis für PopIII-Sterne alle „Alpha Centauri Folge132″… oder?
(https://www.youtube.com/watch?v=-vVaZAgaYt4)
@stone1
Ist halt historisch bedingt, man wusste anfangs nicht, dass die Population II die ältere ist.
So ähnlich wie bei den Spektralklassen. Die waren mal nach Breite der Wasserstofflinien A, B, C etc. benannt. Irgendwann hat man dann entdeckt, dass die Linien von der Temperatur abhängen und B-Sterne heißer als A sind, obwohl sie schmalere Linien haben, F-Sterne hingegen kühler. Einige Klassen wurden zusammengefasst. Deswegen heute OBAFGKM (und neuerdings fortgesetzt mit LTY, weil die noch für die Braunen Zwerge frei waren).
@Alderamin:
Y? Wird das Astro-Lexikon von Andreas Müller eigentlich noch auf dem aktuellen Stand gehalten, ich fand da noch nichts zu dieser Sternklasse.
Bei WPedia steht schon was dazu, wird auch schwierig mit einem deutschen Merksatz für das Y, gut dass das leicht zu merkende „Ohne Bier aus’m Fass gibt’s koa Mass“ den Großteil der Sterne abdeckt.
@stone1: “ ich fand da noch nichts zu dieser Sternklasse.“
Hmm? Hier ist der Eintrag: https://www.wissenschaft-online.de/astrowissen/lexdt_p06.html#pop
„Bei WPedia steht schon was dazu, wird auch schwierig mit einem deutschen Merksatz für das Y,“
Was meinst du mit dem Y? Kann dir grad nicht folgen. Es geht nicht um Spektralklassen (das sind die mit dem Merksatz) sondern um Sternpopulationen (die alle möglichen Spektralklassen umfassen)
@Florian:
Schon klar, das war @Alderamin geschrieben, der die mir bisher unbekannte Braune-Zwerg-Spektralklasse Y erwähnte. Wir kamen vom Thema ab.
@stone1
Man kennt bereits 17 Y-Zwerge: https://zauberdersterne.wordpress.com/2013/08/27/17-braune-zwerge-des-y-spektraltyps/
@ZauberDerSterne.de:
Vermutlich hab ich eh schon mal über Y-Typ Sterne gelesen und es wieder vergessen, 2011 ist ja auch schon wieder eine Weile her, Danke jedenfalls für den Link, kannte diesen Blog noch nicht, jetzt aber genug davon, bevor wir uns hier noch einen OT- und Schleichwerbungsverweis einhandeln. 😉
@stone1: Ach so. Ja, Y-Zwerge hatte ich hier auch schon mal: https://scienceblogs.de/astrodicticum-simplex/2011/08/25/sterne-die-verschwinden-und-braune-zwerge-auf-zimmertemperatur/
Noch was zu Grösse und Zusammensetzung von Sternen:
Wenn sie kaum schwere Elemente enthalten ist ihre Dichte geringer, und sie bauen weniger Druck auf (der zur Kernfusion benötigt wird). Somit brauchen sie mehr Masse bis sie zünden (wodurch das weitere Wachstum auch begrenzt wird.
Dazu braucht es allerdings kein Eisen. Helium und andere Metall (alles schwerer als Helium in diesem Falle) tun es auch.
Zur Kühlung des Gases aus dem der Stern entstehen soll eignet sich insbesondere CO. Welchen Einfluss das hat hab ich aber vergessen. (Entstehungsrate oder evt. auch was mit der Grösse).
@Florian
Die Harvard-Klassifikation war nur als Beispiel gedacht, um zu zeigen, wie scheinbar sinnlose Konventionen in der Astronomie entstehen. Die Geschichte der Sternpopulationen kenne ich nicht so gut.
@Luk
Vielleicht weil CO-Moleküle schwer sind und ihre Rotationsmodi (wie hieß noch der Fachbegriff?) Wellenlängen entsprechen, die gut als niederfrequente Radiowellen (Temperaturstrahlung) abgestrahlt werden können? Wenn’s schnell abkühlt, kollabiert es auch besser. Erklärt nicht unbedingt die Größe von Population III-Sternen. Eher Dein erster Punkt.
Warum ist dieser Stern trotz seines Alters so nahe bei uns, quasi mitten in der Nachbarschaft?
Sollte man ihn nicht viel weiter weg erwarten?
@Geislwind: „Sollte man ihn nicht viel weiter weg erwarten?“
Ne, wieso? Die Dinge die weit weg sind, sehen wir natürlich auch alle so, wie sie vor langer Zeit waren; sie sind quasi alt. Aber das heißt nicht, dass Dinge in der Nähe auch alt sein können.
Bezüglich des ältesten Sterns verweise ich auf dieses Posting:
https://www.heise.de/tp/foren/S-Anmerkung-des-Autors/forum-274549/msg-24766072/read/
@ZeT: Danke für den Hinweis. In meinen Notizen habe ich das mit dem Alter stehen – und ich dachte eigentlich, ich hätte das notiert als ich den Fachartikel gelesen habe. Aber da steht das Alter tatsächlich nicht drin. Vermutlich hab ich das dann aus einer anderen Quelle übernommen und nicht genau nachgesehen. Ist ja eigentlich auch egal, ob er jetzt der älteste ist oder nicht; er ist der „primitivste“ und das ist ja das eigentlich interessante. Ich hab meinen Artikel jetzt mal ein wenig korrigiert.
Meine erste Frage, als ich die Überschrift gelesen hatte: „Oh! – Hat Frau Frebel wieder zugeschlagen?“
Antwort: Naja nicht alleine, war aber mit dabei. Und nachdem ich ihr Buch gelesen habe, hätte es mich auch gewundert, wenn nicht.
…to potentially account for the apparent radiation shortfall, although we are unable to quantify this at present.
Tja… ob sich das nicht irgendwie ausgleicht? Also klein und lange Brenndauer anstatt riesig und kurze Brenndauer?
[…] haben, so bei Astrodicticum Simplex nachzulesen, einen Stern gefunden, der der bislang älteste entdeckte […]
@Florian#18:
Ich hätte mir vorstellen können, dass ein dermaßen alter Stern genug Zeit hatte, sich im Laufe der Milliarden Metall einzufangen.
@Kryptonoob: „ch hätte mir vorstellen können, dass ein dermaßen alter Stern genug Zeit hatte, sich im Laufe der Milliarden Metall einzufangen.“
Wie soll er das denn einfangen? Dazu müsste er mit Planeten kollidieren und das ist so enorm unwahrscheinlich, dass es nicht passiert. Oder hattest du nen andern Mechanismus im Sinn? Atomares Metall schwirrt da draußen wohl auch zu wenig rum (außerdem kommt das kaum bis zum Stern -der bläst ja mit seinem Sternwind nach außen).
Edit: Ah, nun habe ich die Korrektur auch gelesen…dann hatte er wohl doch nicht soo viel Zeit 🙂
@Kryptonoob: „dann hatte er wohl doch nicht soo viel Zeit“
Ach, ALT ist der Stern auf jeden Fall. Viele Milliarden Jahre alt. Man weiß halt nur nicht genau wie alt und kann nicht sagen ob es der älteste ist oder nur der zweit- oder drittälteste…