Update des Wissen - Stern entdeckt, den es so nicht geben dürfte.
02.09.2011 um 06:55Quelle: Focus
http://www.focus.de/wissen/wissenschaft/astronomie/himmelskoerper-vom-beginn-des-universums-der-stern-den-es-nicht-geben-duerfte_aid_660782.html
Astronomen haben einen Stern entdeckt, der fast ausschließlich aus Wasserstoff und Helium besteht. Nach der gängigen Theorie dürfte dieser Himmelskörper gar nicht existieren.
Die unscheinbare Sonne im Sternbild Löwe kennen die Himmelsforscher schon länger. Mit 0,8 Sonnenmassen ist der Stern etwas kleiner ist als unser Tagesgestirn. Doch als Astronomen der Europäischen Südsternwarte (Eso) das Gestirn mit dem „Very Large Telescope“, das auf dem Berg Paranal in der chilenischen Atacama-Wüste steht, genauer ansahen, erlebten sie eine Überraschung.
Sie zerlegten das Licht des Sterns, der die astronomische Bezeichnung SDSS J102915+172927 erhielt, mithilfe zweier Spektrographen in seine Bestandteile, wobei sie den gesamten Bereich vom kurzwelligen UV-Licht bis hin zur langwelligen
Infrarotstrahlung erfassten. Wie sich zeigte, fehlen in dem Spektrum fast alle Linien, die das Vorhandensein schwerer Elemente anzeigen.
Nur die ältesten Sterne weisen diese Zusammensetzung auf
Dies bedeutet, dass SDSS J102915+172927 fast ausschließlich aus Wasserstoff und Helium besteht – den beiden Elementen also, die zusammen mit ein wenig Lithium als einzige im Urknall entstanden. Solche Sterne sollte es im heutigen Universum aber gar nicht mehr geben. Denn diese chemische Zusammensetzung können den gängigen Theorien der Sternentstehung zufolge nur die ältesten Sterne des Universums aufweisen, die kurz nach dem Urknall entstanden, der vor rund 13,7 Milliarden Jahren stattfand. Erst in diesen Ursonnen entstanden durch Kernfusionsreaktionen alle anderen schwereren Elemente. Die Astronomen nennen diese Stoffe summarisch „Metalle“.
Die Sterne der ersten Generation waren indes wahre Riesen, die nur wenige Millionen Jahre lebten und dann in titanischen Supernova-Explosionen zerstoben. Dabei verteilten sich die in ihrem Innern erzeugten Metalle im All und reicherten sich in den umliegenden Gaswolken an. Aus diesem Material entstanden die Sterne der folgenden Generationen. Folglich sollten sie einen gewissen Mindestgehalt an schweren Elementen aufweisen.
„Verbotene Zone“ der Sternenentstehung
Doch SDSS J102915+172927 erwies sich als extrem metallarm: er enthält etwa 20 000mal weniger schwere Elemente als die Sonne, deren Materie zu etwa zwei Prozent aus schweren Elementen besteht – dies ist der geringste Metallgehalt bei allen bekannten Sternen. „Der Stern ist schwach und so metallarm, dass wir in unseren ersten Beobachtungen nur die Signatur nur eines einzigen Elements fanden, das schwerer ist als Helium, nämlich Kalzium“, erklärt der Astrophysiker Piercarlo Bonifacio vom Observatoire de Paris. „Wir mussten den Eso-Generaldirektor um Extra-Beobachtungszeit bitten, um das Licht des Sterns noch detaillierter zu untersuchen und mehr Metalle zu finden.“ Die Ergebnisse ihrer Studie veröffentlichen die Forscher jetzt im Wissenschaftsjournal „Nature“.
Seine eigenartige Zusammensetzung platziert SDSS J102915+172927 in die „verbotene Zone“ der Sternentstehungstheorie. Das heißt, diese Sonne hätte sich erst gar nicht bilden dürfen. „Eine weithin anerkannte Theorie besagt, dass Sterne wie dieser, mit geringer Masse und extrem geringem Metallgehalt, nicht existieren sollten, denn die Wolken des Materials, aus dem sie entstehen, hätten sich niemals ausreichend verdichten können“, erläutert die Studien-Hauptautorin Elisabetta Caffau vom Zentrum für Astronomie der Universität Heidelberg. „Es war eine Überraschung für mich, erstmals einen Stern in der verbotenen Zone zu finden, und es bedeutet, dass wir einige Modelle zur Sternentstehung überarbeiten müssen.“
13 Milliarden Jahre alt?
Theoretisch können Sterne mit so geringen Massen wie SDSS J102915+172927 nur entstehen, wenn Supernova-Explosionen die interstellaren Gaswolken über einen bestimmten Schwellenwert hinaus mit Metallen angereichert haben. Der Grund ist, dass die schweren Elemente in diesen Wolken sehr effektiv Wärme absorbieren und wieder abstrahlen. Auf diese Weise kühlen sie die Wolken. Die Moleküle in den nun kälteren Materieballungen fliegen langsamer umher, so dass sich diese unter dem Einfluss ihrer eigenen Gravitation leichter verdichten können. Schließlich erreichen Dichte und Temperatur im Zentrum solcher Wolken so hohe Werte, dass Kernfusionsreaktionen einsetzen – ein neuer Stern ist geboren.
Ohne Metalle aber baut die Wärme im Innern einer Wolke einen so hohen Druck auf, dass ihre Schwerkraft nicht ausreicht, den Verdichtungsprozess einzuleiten. Nach den gängigen Modellen kühlen Kohlenstoff und Sauerstoff die Wolken besonders effektiv. Beide Elemente entstehen in Sternen in großen Mengen. SDSS J102915+172927 enthält jedoch weniger Kohlenstoff als zur Kühlung der Urwolke, aus der er hervorging, erforderlich gewesen wäre.
Der Gehalt an schweren Elementen lässt zudem auf das Alter eines Sterns schließen. Im Fall von SDSS J102915+172927 schließen die Astronomen, dass er vermutlich vor 13 Milliarden Jahre entstand. „Der von uns untersuchte Stern ist sehr metallarm, was bedeutet, dass er sehr primitiv ist. Er könnte einer der ältesten je entdeckten Sterne sein“, resümiert Studien-Mitautor Lorenzo Monaco von der Eso.
Astronomen vermuten weitere „Freak-Sterne“
Als weitere Merkwürdigkeit kommt hinzu, dass J102915+172927 kaum Lithium enthält. Dabei sollten derart alte Sonnen ähnlich zusammengesetzt sein wie das Urgas, das nach dem Urknall durch das All waberte. Es enthielt etwa 75 Prozent Wasserstoff, 25 Prozent Helium und Spuren von Lithium. Der Lithium-Gehalt der kleinen Sonne im Sternbild Löwe ist jedoch 50mal geringer als zu erwarten wäre. „Es ist ein Mysterium, wie das Lithium, das nach dem Beginn des Universums entstand, in diesem Stern zerstört wurde“, meint der Pariser Forscher Bonifacio.
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Der „Freak-Stern“, ergänzt die Heidelberger Astronomin Caffau, sei vermutlich nicht einzigartig: „Wir haben einige andere Kandidaten identifiziert, die ähnliche oder sogar geringere Metallgehalte aufweisen könnten. Wir wollen sie jetzt mit dem VLT untersuchen, um herauszufinden, ob dies tatsächlich der Fall ist.“ Mit dem rätselhaften Stern dürften die Astronomen der allerersten Sterngeneration im Kosmos nun einen Schritt näher gekommen sein.
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http://www.focus.de/wissen/wissenschaft/astronomie/himmelskoerper-vom-beginn-des-universums-der-stern-den-es-nicht-geben-duerfte_aid_660782.html
Astronomen haben einen Stern entdeckt, der fast ausschließlich aus Wasserstoff und Helium besteht. Nach der gängigen Theorie dürfte dieser Himmelskörper gar nicht existieren.
Die unscheinbare Sonne im Sternbild Löwe kennen die Himmelsforscher schon länger. Mit 0,8 Sonnenmassen ist der Stern etwas kleiner ist als unser Tagesgestirn. Doch als Astronomen der Europäischen Südsternwarte (Eso) das Gestirn mit dem „Very Large Telescope“, das auf dem Berg Paranal in der chilenischen Atacama-Wüste steht, genauer ansahen, erlebten sie eine Überraschung.
Sie zerlegten das Licht des Sterns, der die astronomische Bezeichnung SDSS J102915+172927 erhielt, mithilfe zweier Spektrographen in seine Bestandteile, wobei sie den gesamten Bereich vom kurzwelligen UV-Licht bis hin zur langwelligen
Infrarotstrahlung erfassten. Wie sich zeigte, fehlen in dem Spektrum fast alle Linien, die das Vorhandensein schwerer Elemente anzeigen.
Nur die ältesten Sterne weisen diese Zusammensetzung auf
Dies bedeutet, dass SDSS J102915+172927 fast ausschließlich aus Wasserstoff und Helium besteht – den beiden Elementen also, die zusammen mit ein wenig Lithium als einzige im Urknall entstanden. Solche Sterne sollte es im heutigen Universum aber gar nicht mehr geben. Denn diese chemische Zusammensetzung können den gängigen Theorien der Sternentstehung zufolge nur die ältesten Sterne des Universums aufweisen, die kurz nach dem Urknall entstanden, der vor rund 13,7 Milliarden Jahren stattfand. Erst in diesen Ursonnen entstanden durch Kernfusionsreaktionen alle anderen schwereren Elemente. Die Astronomen nennen diese Stoffe summarisch „Metalle“.
Die Sterne der ersten Generation waren indes wahre Riesen, die nur wenige Millionen Jahre lebten und dann in titanischen Supernova-Explosionen zerstoben. Dabei verteilten sich die in ihrem Innern erzeugten Metalle im All und reicherten sich in den umliegenden Gaswolken an. Aus diesem Material entstanden die Sterne der folgenden Generationen. Folglich sollten sie einen gewissen Mindestgehalt an schweren Elementen aufweisen.
„Verbotene Zone“ der Sternenentstehung
Doch SDSS J102915+172927 erwies sich als extrem metallarm: er enthält etwa 20 000mal weniger schwere Elemente als die Sonne, deren Materie zu etwa zwei Prozent aus schweren Elementen besteht – dies ist der geringste Metallgehalt bei allen bekannten Sternen. „Der Stern ist schwach und so metallarm, dass wir in unseren ersten Beobachtungen nur die Signatur nur eines einzigen Elements fanden, das schwerer ist als Helium, nämlich Kalzium“, erklärt der Astrophysiker Piercarlo Bonifacio vom Observatoire de Paris. „Wir mussten den Eso-Generaldirektor um Extra-Beobachtungszeit bitten, um das Licht des Sterns noch detaillierter zu untersuchen und mehr Metalle zu finden.“ Die Ergebnisse ihrer Studie veröffentlichen die Forscher jetzt im Wissenschaftsjournal „Nature“.
Seine eigenartige Zusammensetzung platziert SDSS J102915+172927 in die „verbotene Zone“ der Sternentstehungstheorie. Das heißt, diese Sonne hätte sich erst gar nicht bilden dürfen. „Eine weithin anerkannte Theorie besagt, dass Sterne wie dieser, mit geringer Masse und extrem geringem Metallgehalt, nicht existieren sollten, denn die Wolken des Materials, aus dem sie entstehen, hätten sich niemals ausreichend verdichten können“, erläutert die Studien-Hauptautorin Elisabetta Caffau vom Zentrum für Astronomie der Universität Heidelberg. „Es war eine Überraschung für mich, erstmals einen Stern in der verbotenen Zone zu finden, und es bedeutet, dass wir einige Modelle zur Sternentstehung überarbeiten müssen.“
13 Milliarden Jahre alt?
Theoretisch können Sterne mit so geringen Massen wie SDSS J102915+172927 nur entstehen, wenn Supernova-Explosionen die interstellaren Gaswolken über einen bestimmten Schwellenwert hinaus mit Metallen angereichert haben. Der Grund ist, dass die schweren Elemente in diesen Wolken sehr effektiv Wärme absorbieren und wieder abstrahlen. Auf diese Weise kühlen sie die Wolken. Die Moleküle in den nun kälteren Materieballungen fliegen langsamer umher, so dass sich diese unter dem Einfluss ihrer eigenen Gravitation leichter verdichten können. Schließlich erreichen Dichte und Temperatur im Zentrum solcher Wolken so hohe Werte, dass Kernfusionsreaktionen einsetzen – ein neuer Stern ist geboren.
Ohne Metalle aber baut die Wärme im Innern einer Wolke einen so hohen Druck auf, dass ihre Schwerkraft nicht ausreicht, den Verdichtungsprozess einzuleiten. Nach den gängigen Modellen kühlen Kohlenstoff und Sauerstoff die Wolken besonders effektiv. Beide Elemente entstehen in Sternen in großen Mengen. SDSS J102915+172927 enthält jedoch weniger Kohlenstoff als zur Kühlung der Urwolke, aus der er hervorging, erforderlich gewesen wäre.
Der Gehalt an schweren Elementen lässt zudem auf das Alter eines Sterns schließen. Im Fall von SDSS J102915+172927 schließen die Astronomen, dass er vermutlich vor 13 Milliarden Jahre entstand. „Der von uns untersuchte Stern ist sehr metallarm, was bedeutet, dass er sehr primitiv ist. Er könnte einer der ältesten je entdeckten Sterne sein“, resümiert Studien-Mitautor Lorenzo Monaco von der Eso.
Astronomen vermuten weitere „Freak-Sterne“
Als weitere Merkwürdigkeit kommt hinzu, dass J102915+172927 kaum Lithium enthält. Dabei sollten derart alte Sonnen ähnlich zusammengesetzt sein wie das Urgas, das nach dem Urknall durch das All waberte. Es enthielt etwa 75 Prozent Wasserstoff, 25 Prozent Helium und Spuren von Lithium. Der Lithium-Gehalt der kleinen Sonne im Sternbild Löwe ist jedoch 50mal geringer als zu erwarten wäre. „Es ist ein Mysterium, wie das Lithium, das nach dem Beginn des Universums entstand, in diesem Stern zerstört wurde“, meint der Pariser Forscher Bonifacio.
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Der „Freak-Stern“, ergänzt die Heidelberger Astronomin Caffau, sei vermutlich nicht einzigartig: „Wir haben einige andere Kandidaten identifiziert, die ähnliche oder sogar geringere Metallgehalte aufweisen könnten. Wir wollen sie jetzt mit dem VLT untersuchen, um herauszufinden, ob dies tatsächlich der Fall ist.“ Mit dem rätselhaften Stern dürften die Astronomen der allerersten Sterngeneration im Kosmos nun einen Schritt näher gekommen sein.
