Ein Blick auf die Scheibe der Milchstraße, die vom Halo unserer Galaxie umgeben ist und in der sich drei überraschend alte Sterne befinden könnten.(Bildnachweis: Serge Brunier; NASA)
Astronomen haben drei uralte Sterne entdeckt, die in den Außenbezirken der Milchstraße „auf der Flucht“ sind und mit Hunderttausenden von Meilen pro Stunde in die falsche Richtung rasen.
Die drei Sterne sind trotz ihres hohen Alters so alt, dass sie aus der Zeit der Entstehung der ersten Galaxien stammen. Das sind zwischen einer und zwei Milliarden Jahre nach dem Urknall.
Forscher des Massachusetts Institute of Technology (MIT) fanden diese Sterne im Halo der Milchstraße, einer diffusen Wolke aus Sternen, Gas und Staub, die unsere gesamte Galaxie umhüllt. Das Team hat die Sterne, die zwischen 13 Milliarden und 12 Milliarden Jahre alt sind, „Small Accreted Stellar System“ oder SASS-Sterne genannt. Der Name deutet darauf hin, dass jeder dieser Sterne in einer eigenen kleinen, primitiven Galaxie entstand, die später von unserer Milchstraße ausgeschlachtet wurde.
Die Forscher glauben, dass es an den Rändern des Sonnensystems noch mehr uralte Nachzüglersterne geben könnte, die eine Art „fossile Aufzeichnung“ bilden, aus der hervorgeht, wie unsere Galaxie wuchs, indem sie andere verschlang und deren Sterne übernahm. Solche Sterne könnten auch als Analoga verwendet werden, um die frühesten Sterne und Galaxien des 13,8 Milliarden Jahre alten Universums zu untersuchen.
„Diese ältesten Sterne sollten auf jeden Fall vorhanden sein, wenn man bedenkt, was wir über die Entstehung von Galaxien wissen“, sagte Anna Frebel, Mitglied des Teams und MIT-Professorin für Physik, in einer Erklärung. „Sie sind ein Teil unseres kosmischen Stammbaums. Und wir haben jetzt eine neue Möglichkeit, sie zu finden.“
Die Entdeckung von mehr SASS-Sternen würde bedeuten, dass es mehr Analogien zu Sternen in sogenannten ultraschwachen Zwerggalaxien gibt, die die ältesten noch existierenden Galaxien des Universums sind. Obwohl diese Galaxien noch intakt sind, sind sie zu weit entfernt und zu schwach, um im Detail untersucht zu werden. Die SASS-Sterne, die aus ähnlichen Urgalaxien gerissen und in die Milchstraße integriert wurden, sind daher ein besserer Weg, um zu verstehen, wie sich einige dieser sehr frühen Galaxien entwickelt haben.
Inhaltsübersicht
Erhalten Sie den kosmischeweiten.de Newsletter
Bahnbrechende Weltraumnachrichten, die neuesten Updates zu Raketenstarts, Himmelsbeobachtungsevents und mehr!
Durch die Übermittlung Ihrer Daten erklären Sie sich mit den Allgemeinen Geschäftsbedingungen und der Datenschutzrichtlinie einverstanden und sind mindestens 16 Jahre alt.
„Jetzt können wir in der Milchstraße nach weiteren Analoga suchen, die viel heller sind, und ihre chemische Entwicklung untersuchen, ohne diese extrem schwachen Sterne verfolgen zu müssen“, fügte Frebel hinzu.
Vom Klassenzimmer in den Kosmos
Die Suche nach alten Sternen am Rande der Milchstraße begann 2022 im Rahmen von Frebels neuem Kurs „Observational Stellar Archaeology“. In diesen Sitzungen erläuterte der MIT-Forscher die Methoden zur Untersuchung älterer Sterne und diskutierte, wie diese Methoden auf noch nicht untersuchte Sterne angewandt werden könnten, um deren Ursprung zu bestimmen.
„Während die meisten unserer Kurse von Grund auf unterrichtet werden, hat uns dieser Kurs sofort an die Spitze der Forschung in der Astrophysik gebracht“, sagte Hillary Andales, Teil von Frebels Labor am Kavli Institute for Astrophysics and Space Research des MIT, in der Erklärung.
Fredels Studenten durchforsteten jahrelange Daten, die mit dem 6,5-Meter-Magellan-Clay-Teleskop am Las Campanas Observatorium gesammelt wurden, um Sterne von Interesse zu finden, insbesondere solche mit geringen Konzentrationen von Elementen, die schwerer als Wasserstoff und Helium sind.
Als sich die ersten Sterne bildeten, bestand das Universum hauptsächlich aus Wasserstoff, ein wenig Helium und nur wenigen schwereren Elementen, die die Astronomen als „Metalle“ bezeichnen. Als diese Sterne lebten, schmiedeten sie in ihren Kernen Metalle, die schließlich explodierten und die Elemente zerstreuten. Diese Elemente werden dann zu den Bausteinen der nächsten Generation von Sternen. Das bedeutet, dass die ersten Sterne eine „metallarme“ Zusammensetzung haben sollten, verglichen mit späteren Sternen, die durch frühere stellare Beiträge zum Schwere-Elemente-Manifest des Universums angereichert wurden.
Um alte Sterne zu identifizieren, die in der Milchstraße lauern, konzentrierten sich die Studenten unter Frebels Anleitung besonders auf Sterne, denen Strontium und Barium fehlen. Dies führte sie zu drei Sternen, die 2013 und 2014 vom Magellan-Teleskop beobachtet worden waren; es handelte sich um Körper, die von den Astronomen noch nicht sehr gründlich untersucht worden waren.
Ein Diagramm zeigt die Anatomie der Milchstraße mit der zentralen Ausbuchtung, in der die alten Sterne lauern. (Bildnachweis: NASA/JPL-Caltech; rechts: ESA; Layout: ESA/ATG medialab)
Bei den drei vom Team untersuchten Sternen fehlten nicht nur Strontium und Barium, sondern auch der Eisengehalt der Objekte war im Vergleich zu „moderneren“ Sternen wie unserer 4,6 Milliarden Jahre alten Sonne recht niedrig. Bei einem der Sterne ist das Verhältnis von Eisen zu Helium sogar 10.000 Mal kleiner als das Verhältnis der gleichen Elemente bei der Sonne.
Und tatsächlich zeigte die chemische Zusammensetzung der Sterne nicht nur, dass sie zwischen 12 und 13 Milliarden Jahre alt sind, sondern auch eine bemerkenswerte Ähnlichkeit mit der chemischen Zusammensetzung von uralten, ultraschwachen Zwerggalaxien.
Um herauszufinden, wie diese alten Sterne Teil unserer Galaxie wurden, untersuchten die Forscher ihre Umlaufbahnen und Bahnen am Himmel. Dabei stellte sich heraus, dass sich die Sterne an drei verschiedenen Stellen im Halo der Milchstraße befinden und etwa 30.000 Lichtjahre von der Erde entfernt sind.
Die Herkunft der Sterne als Teil von Galaxien, die von der Milchstraße verschlungen wurden, zeigte sich nicht nur an ihrer metallarmen Zusammensetzung, sondern auch an der Tatsache, dass sie in einer anderen Richtung kreisen als die Hauptscheibe der Milchstraße und der größte Teil ihres Halos. Die Sterne wiesen auch zufällige Winkel und merkwürdige Flugbahnen auf, die seit Milliarden von Jahren andauern.
Bei der Untersuchung dieser retrograden Bewegung entdeckte das Team weitere 65 Sterne, die das gleiche Muster aufweisen. Diese Sterne hatten ebenfalls niedrige Strontium- und Bariumgehalte, aber auffallenderweise hatten sie noch etwas anderes mit den SASS-Sternen gemeinsam.
„Sie sind auf der Flucht! Interessanterweise sind sie alle ziemlich schnell – Hunderte von Kilometern pro Sekunde, und zwar in die falsche Richtung“, erklärte Frebel. „Wir wissen nicht, warum das so ist, aber es war das Puzzleteil, das wir brauchten und mit dem ich nicht gerechnet hatte, als wir anfingen.“
In der Milchstraße gibt es etwa 400 Milliarden Sterne, und Frebel und seine Kollegen werden nun nach weiteren SASS-Sternen unter ihnen suchen. Dazu werden sie nach metallarmen Sternzusammensetzungen suchen und dann überprüfen, ob die ausgewählten Objekte Bahnen haben, die nicht zur galaktischen Strömung passen. Außerdem wird Frebels Kurs „Observational Stellar Archaeology“ im nächsten Jahr wieder angeboten, so dass noch mehr Studenten ihre faszinierende Methodik kennen lernen können. Diese Ergebnisse sind in gewisser Weise ihre Bestätigung.
„Es war großartig, mit drei Studentinnen zu arbeiten. Das ist eine Premiere für mich“, so Frebel abschließend. „Es ist wirklich ein Beispiel für den MIT-Weg. Wir tun es. Und jeder, der sagt: ‚Ich möchte mitmachen‘, kann das tun, und es werden gute Dinge passieren.“
Die Ergebnisse des Teams wurden am 14. Mai in der Zeitschrift Monthly Notices of the Royal Astronomical Society veröffentlicht.
