Bildquelle: CfA
Laut Kosmologen hatte das frühe Universum nur eine Mischung aus Wasserstoff, Helium und anderen leichteren Elementen, aber keines der für das Leben erforderlichen schwereren Elemente - wie Kohlenstoff. Aus den ursprünglichen Gasen lebten riesige Sterne - einige waren 200-mal größer als unsere Sonne - für eine kurze Zeit, oft nur einige Millionen Jahre. Diese riesigen Sterne wandelten bis zu 50% ihres Materials in schwere Elemente um, hauptsächlich Eisen, bevor sie als Supernovae heftig explodierten. Das James Webb-Teleskop, das nach 2011 auf den Markt kommen soll, wird so empfindlich sein, dass es zurückblicken kann, um diese Supernovae zu beobachten.
Das frühe Universum war eine karge Einöde aus Wasserstoff, Helium und einem Hauch von Lithium, die keines der Elemente enthielt, die für das Leben, wie wir es kennen, notwendig sind. Aus diesen Urgasen wurden Riesensterne geboren, die 200-mal so massereich waren wie die Sonne und ihren Treibstoff mit einer so erstaunlichen Geschwindigkeit verbrannten, dass sie nur etwa 3 Millionen Jahre lebten, bevor sie explodierten. Diese Explosionen spuckten Elemente wie Kohlenstoff, Sauerstoff und Eisen mit enormen Geschwindigkeiten in die Leere. Neue Simulationen der Astrophysiker Volker Bromm (Harvard-Smithsonian-Zentrum für Astrophysik), Naoki Yoshida (Nationales Astronomisches Observatorium Japans) und Lars Hernquist (CfA) zeigen, dass die erste „größte Generation“ von Sternen unglaubliche Mengen solcher schwerer Elemente über Tausende verteilt von Lichtjahren des Weltraums, wodurch der Kosmos mit dem Zeug des Lebens besät wird.
Diese Forschung wird online unter http://arxiv.org/abs/astro-ph/0305333 veröffentlicht und in einer kommenden Ausgabe der Astrophysical Journal Letters veröffentlicht.
"Wir waren überrascht, wie heftig die ersten Supernova-Explosionen waren", sagt Bromm. "Ein Universum, das sich in einem unberührten Zustand der Ruhe befand, wurde schnell und irreversibel durch einen kolossalen Einsatz von Energie und schweren Elementen verändert und bereitete die Bühne für die lange kosmische Evolution, die schließlich zu Leben und intelligenten Wesen wie uns führte."
Ungefähr 200 Millionen Jahre nach dem Urknall erlebte das Universum einen dramatischen Ausbruch der Sternentstehung. Diese ersten Sterne waren massiv und brannten schnell und verschmolzen ihren Wasserstoffbrennstoff schnell zu schwereren Elementen wie Kohlenstoff und Sauerstoff. Gegen Ende ihres Lebens, verzweifelt nach Energie, verbrannten diese Sterne Kohlenstoff und Sauerstoff, um immer schwerere Elemente zu bilden, bis sie mit Eisen das Ende der Linie erreichten. Da Eisen nicht zur Energieerzeugung verschmolzen werden kann, explodierten die ersten Sterne als Supernovae und sprengten die Elemente, die sie gebildet hatten, in den Weltraum.
Jeder dieser ersten Riesensterne wandelte etwa die Hälfte seiner Masse in schwere Elemente um, ein Großteil davon aus Eisen. Infolgedessen schleuderte jede Supernova bis zu 100 Sonnenmassen Eisen in das interstellare Medium. Die Todeskämpfe jedes Sterns trugen zur interstellaren Prämie bei. Mit dem bemerkenswert jungen Alter von 275 Millionen Jahren war das Universum daher im Wesentlichen mit Metallen besiedelt.
Dieser Aussaatprozess wurde durch die Struktur des Säuglingsuniversums unterstützt, in dem kleine Protogalaxien weniger als ein Millionstel der Masse der Milchstraße wie Menschen in einem überfüllten U-Bahn-Wagen zusammengepfercht waren. Die geringen Größen und Abstände zwischen diesen Protogalaxien ermöglichten es einer einzelnen Supernova, schnell ein signifikantes Raumvolumen zu säen.
Supercomputersimulationen von Bromm, Yoshida und Hernquist zeigten, dass die energischsten Supernova-Explosionen Stoßwellen auslösten, die schwere Elemente bis zu 3.000 Lichtjahre entfernt schleuderten. Diese Schockwellen fegten riesige Mengen Gas in den intergalaktischen Raum, hinterließen heiße „Blasen“ und lösten neue Runden der Sternentstehung aus.
Der Supernova-Experte Robert Kirshner (CfA) sagt: „Heute ist dies eine faszinierende Theorie, die auf unserem besten Verständnis der Funktionsweise der ersten Sterne basiert. In einigen Jahren, wenn wir das James Webb-Weltraumteleskop, den Nachfolger des Hubble-Weltraumteleskops, bauen, sollten wir diese ersten Supernovae sehen und Volkers Ideen testen können. Bleib dran!"
Lars Hernquist bemerkt, dass die zweite Generation von Sternen schwere Elemente der ersten Generation enthielt - Samen, aus denen felsige Planeten wie die Erde wachsen könnten. "Ohne diese erste" größte Generation "von Sternen würde unsere Welt nicht existieren."
Das Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics mit Hauptsitz in Cambridge, Massachusetts, ist eine gemeinsame Zusammenarbeit zwischen dem Smithsonian Astrophysical Observatory und dem Harvard College Observatory. CfA-Wissenschaftler, die in sechs Forschungsabteilungen unterteilt sind, untersuchen den Ursprung, die Entwicklung und das endgültige Schicksal des Universums.
Originalquelle: CfA-Pressemitteilung
