Das Licht der ersten Sterne

Zeuthen/Stanford (USA) – Einem internationalen Forscherteam ist es erstmals gelungen, das Licht der allerersten Sterne nachzuweisen, die nach dem Urknall entstanden sind. Die auch als extragalaktisches Hintergrundlicht bezeichnete Strahlung verrät sich durch eine charakteristische Absorption im hochenergetischen Spektrum ferner Galaxien. Die meisten Sterne der ersten Generation sind vor über 13,2 Milliarden Jahren entstanden, also weniger als 500 Millionen Jahre nach dem Urknall, folgern die Astronomen im Fachblatt „Science“.

„Eine direkte Messung des extragalaktischen Hintergrundlichts wird durch die Strahlung der Milchstraße und anderer Objekte im Vordergrund erschwert“, so Markus Ackermann vom Standort Zeuthen des Deutschen Elektronen-Synchrotrons DESY und seine Kollegen. Das Team hat deshalb einen anderen Weg eingeschlagen: Es hat mithilfe des Satellitenobservatoriums Fermi in der Gammastrahlung von 150 aktiven Galaxien nach der verräterischen Absorption durch das alte Sternenlicht gesucht.

Stößt ein hochenergetisches Gammaphoton mit einem Photon des Sternenlichts zusammen, so kann aus der Energie der beiden Strahlungsteilchen ein Elektron-Positron-Paar entstehen. Da die Gammastrahlung dadurch Energie verliert, zeigt sich dieses Phänomen als Abschwächung der Strahlung. Aus dem Energiebereich, in dem diese Absorption auftritt, können die Forscher ablesen, aus welcher Entfernung – und damit aus welcher kosmischen Epoche – das an dem Prozess beteiligte Sternenlicht stammt.

Dass es ein solches Licht aus der Frühzeit des Kosmos geben muss, ist den Astronomen seit langem klar. Denn Beobachtungen zeigen, dass das Gas zwischen den Galaxien in der Zeit zwischen 300 Millionen und einer Milliarde Jahren nach dem Urknall ionisiert wurde. Vermutlich ist die Strahlung der ersten Sternengeneration für diese Ionisierung verantwortlich. „Der direkte Nachweis dieser Strahlung ist deshalb von fundamentaler Bedeutung“, so Ackermann und seine Kollegen. Die von den Forschern aufgespürte Absorption zeige, dass die Entstehung der ersten Sternengeneration ihr Maximum schon innerhalb der ersten 500 Millionen Jahre nach dem Urknall gehabt haben muss. Zudem sei der Effekt geringer als erwartet, deute also auch auf eine Sternentstehungsrate hin, die geringer sei als in bisherigen Modellen vermutet.