Wann und wie sind die ersten Sterne entstanden?

Cambridge (USA) – Die ersten Sterne, die nach dem Urknall entstanden sind, haben mit ihrer Strahlung entscheidend die kosmische Entwicklung beeinflusst. Doch bislang ist unklar, wann und wie die erste Sternengeneration entstanden ist – eine direkte Beobachtung dieser kosmischen Epoche ist nicht möglich. Doch mit einem speziellen Radioteleskop wäre es möglich, ein indirektes Signal der ersten Sternentstehung aufzufangen. Das zeigen Computersimulationen eines Forscherteams von Instituten aus den USA und Israel, die erstmals das unterschiedliche Verhalten gewöhnlicher Materie und Dunkler Materie detailliert berücksichtigen. Die Wissenschaftler präsentieren ihre Ergebnisse im Fachblatt „Nature“.

„Die aufregende Möglichkeit, ein Signal von Galaxien aus der Epoche 180 Millionen Jahre nach dem Urknall zu erhalten, sollte Projekte für die Beobachtung dieses Signals stimulieren“, hoffen Eli Visbal von der Harvard University und seine Kollegen. Die frühe Galaxienentstehung verrät sich in Form einer Variation der sogenannten 21-Zentimeter-Linie des Elements Wasserstoff. Durch die Expansion des Weltalls ist die Wellenlänge dieser Strahlung allerdings extrem in die Länge gezogen – etwa um das Zwanzigfache. Deshalb ist ein spezielles Radioteleskop nötig, um die langwellige Radiostrahlung aufzufangen.

Jüngere Untersuchungen hatten gezeigt, dass sich normale Materie – der Stoff also, aus dem Sterne, Planeten und auch wir Menschen bestehen – sich in der Frühzeit des Kosmos anders bewegt hat als Dunkle Materie. Dunkle Materie ist eine Substanz aus bislang unbekannten Elementarteilchen, deren Schwerkraft im heutigen Kosmos Galaxien und Galaxienhaufen zusammenhält, ansonsten aber unsichtbar ist. Das unterschiedliche Verhalten der Materieformen führt im jungen Kosmos zu einer Verzögerung der Sternentstehung – ein Phänomen, dass in früheren Simulationen nicht berücksichtigt wurde.

Deshalb, so Visbal und seine Kollegen, haben frühere Simulationen auch kein messbares Signal der Sternentstehung geliefert. Die Simulationen des Forscherteams zeigen nun, dass die Sternentstehung zu sogenannten akustischen Oszillationen im Wasserstoffgas führt, die sich als Temperaturschwankungen in der 21-Zentimeter-Linie widerspiegeln. Dieses Signal wäre mit den heutigen technischen Möglichkeiten nachweisbar. Allerdings ist dazu ein über mehrere Kilometer verteiltes Netz von gekoppelten Radioantennen nötig, das Strahlung im entsprechenden Wellenlängenbereich empfangen kann. Visbal und seine Kollegen hoffen, dass ihre Ergebnisse zum Bau einer solchen Anlage anregen.