Das James-Webb-Teleskop entdeckte die chemischen Signaturen der größten Sterne im Universum

Das James-Webb-Weltraumteleskop half Astronomen dabei, die ersten chemischen Signaturen supermassereicher Sterne zu entdecken, der „Himmelsmonster“, die im frühen Universum mit der Helligkeit von Millionen von Sonnen brannten.

Bisher hatten die größten jemals beobachteten Sterne eine Masse, die etwa 300-mal so groß war wie die unserer Sonne. Aber der in der neuen Studie beschriebene supermassereiche Stern hat schätzungsweise eine Masse zwischen 5 und 000 Sonnen.

Das Team europäischer Forscher, das hinter der Studie stand, stellte bereits im Jahr 2018 die Theorie der Existenz supermassereicher Sterne auf, um eines der größten Geheimnisse der Astronomie zu erklären. Seit Jahrzehnten rätseln Astronomen über die enorme Vielfalt der Zusammensetzung der verschiedenen Sterne, die in sogenannten Kugelsternhaufen versammelt sind.

Diese meist sehr alten Cluster können Millionen von Sternen auf relativ kleinem Raum enthalten. Fortschritte in der Astronomie haben eine zunehmende Zahl von Kugelsternhaufen entdeckt, von denen angenommen wird, dass sie das fehlende Bindeglied zwischen den ersten Sternen des Universums und den ersten Galaxien sind.

Unsere Milchstraße mit mehr als 100 Milliarden Sternen verfügt über etwa 180 Kugelsternhaufen. Es bleibt jedoch die Frage: Warum weisen die Sterne in diesen Sternhaufen eine solche Vielfalt an chemischen Elementen auf, obwohl sie wahrscheinlich alle ungefähr zur gleichen Zeit aus derselben Gaswolke entstanden sind?

Viele Sterne enthalten Elemente, deren Erzeugung enorme Mengen an Wärme erfordert, wie zum Beispiel Aluminium, das Temperaturen von bis zu 70 Millionen Grad Celsius erfordert. Dies liegt weit über der Temperatur, die Sterne vermutlich in ihren Kernen erreichen, etwa 15 bis 20 Millionen Grad Celsius, was der Temperatur der Sonne ähnelt.

Daher schlugen die Forscher eine mögliche Lösung vor: Ein explodierender supermassiver Stern stößt chemische „Verschmutzung“ aus. Sie legen nahe, dass diese massereichen Sterne durch aufeinanderfolgende Kollisionen in dicht gepackten Kugelsternhaufen entstanden sind. Corinne Charbonnel, Astrophysikerin an der Universität Genf und Hauptautorin der Studie, sagte gegenüber AFP, dass „so etwas wie ein Saatstern immer mehr Sterne absorbieren wird“.

Am Ende werde es „wie ein riesiger Kernreaktor werden, der kontinuierlich mit Materie gespeist wird und eine große Menge davon abschleudert“, fügte sie hinzu. Diese ausgestoßene „Verschmutzung“ werde wiederum die jungen, sich bildenden Sterne ernähren und ihnen eine größere Vielfalt an Chemikalien verleihen, je näher sie dem supermassereichen Stern seien, fügte sie hinzu. Das Team benötigt jedoch noch Beobachtungen, um seine Theorie zu bestätigen.

Sie fanden sie in der mehr als 11 Milliarden Lichtjahre entfernten Galaxie GN-z13 – das Licht, das wir von ihr sehen, erschien erst 440 Millionen Jahre nach dem Urknall. Sie wurde 2015 vom Hubble-Weltraumteleskop entdeckt und hielt bis vor Kurzem den Rekord für die älteste beobachtete Galaxie.

Das machte es offensichtlich zu einem Hauptziel für Hubbles Nachfolger als leistungsstärkstes Weltraumteleskop, James Webb, der im vergangenen Jahr mit der Veröffentlichung seiner ersten Beobachtungen begann. Webb lieferte zwei neue Hinweise: die unglaubliche Dichte von Sternen in Kugelsternhaufen und, was am wichtigsten ist, das Vorhandensein großer Mengen Stickstoff.

Die Bildung von Stickstoff erfordert wirklich extreme Temperaturen, die Forscher glauben, dass sie nur von einem supermassereichen Stern erzeugt werden können. „Dank der vom James Webb-Weltraumteleskop gesammelten Daten glauben wir, den ersten Hinweis auf die Existenz dieser außergewöhnlichen Sterne gefunden zu haben“, sagte Charbonnel in einer Erklärung und nannte die Sterne auch „Himmelsmonster“.

Wenn die Theorie des Teams früher „eine Art Spur unseres supermassiven Sterns“ war, dann ist das wie das Finden eines Knochens, sagte Charbonnel. „Wir denken an den Kopf der Bestie, die hinter all dem steckt“, fügte sie hinzu.

Es besteht jedoch wenig Hoffnung, dass wir dieses Biest jemals direkt beobachten können. Laut Wissenschaftlern beträgt die Lebensdauer supermassereicher Sterne nur etwa zwei Millionen Jahre – ein Moment auf der kosmischen Zeitskala.

Sie vermuten jedoch, dass die Kugelsternhaufen vor etwa zwei Milliarden Jahren existierten, und sie könnten noch weitere Spuren der supermassereichen Sterne finden, die sie einst enthielten.

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