Uralte Sterne im Zentrum der Milchstraße

Über fünfhundert Sterne mit einem extrem geringen Anteil an schweren Elementen hat ein internationales Forscherteam im Bauch der Milchstraße, der sogenannten Bulge, aufgespürt. Es handelt sich vermutlich um Sterne aus der Frühzeit des Kosmos, die vor über 13,5 Milliarden Jahren entstanden sind. Seit langem vermuten die Astronomen, dass sich die ersten Sterne in den heutigen Bulges gebildet haben – bislang wurden uralte Sterne jedoch nur in den Außenbezirken der Milchstraße nachgewiesen. Im Gegensatz dazu befinden sich die jetzt entdeckten Sternen-Methusalems auf engen Bahnen um das galaktische Zentrum, so die Wissenschaftler im Fachblatt „Nature“.

„Unsere Durchmusterung ist die erste, die erfolgreich metallarme Sterne in der Bulge der Milchstraße nachgewiesen hat“, schreiben Louise Howes von der Australian National University in Canberra und ihre Kollegen. Als „Metalle“ bezeichnen Astronomen alle chemischen Elemente, die schwerer sind als Wasserstoff und Helium – Elemente also, die nicht bereits beim Urknall, sondern erst durch Kernfusion im Inneren von Sternen entstanden sind und sich im Laufe der kosmischen Geschichte angereichert haben. Da die Kernfusion nur tief im Inneren eines Sterns abläuft, erhält sich an seiner Oberfläche die chemische Zusammensetzung so, wie sie bei seiner Entstehung war. Je weniger „Metalle“ sich dort zeigen, desto älter muss ein Stern folglich sein.

Die ersten Sterne und ihre Nachkommen entstanden nach heutigen Vorstellungen etwa 200 Millionen Jahre nach dem Urknall in den ersten Materieverdichtungen. Aus diesen Verdichtungen haben sich dann die „Bäuche“ der Galaxien gebildet – dort also, in den Bulges, sollten nach den Erwartungen der Himmelsforscher die meisten uralten Sterne zu finden sein. Tatsächlich aber haben Astronomen Sterne aus der kosmischen Frühzeit bislang nur weit außen im Halo der Milchstraße aufgespürt.

Howes und ihre Kollegen haben nun mit einem Spezialteleskop, dem australischen SkyMapper, 14 000 Sterne in der galaktischen Bulge herausgefiltert, die aufgrund ihrer Farbe Anzeichen für einen niedrigen Anteil an „Metallen“ zeigen. Diese haben sie dann mit dem AAOmega-Spektrographen am Anglo-Australian Telescope beobachtet. Damit können die Forscher detaillierte Spektren von über 500 Sternen gleichzeitig aufnehmen. Auf diese Weise identifizierte das Team über 500 Sterne mit einem extrem niedrigen Anteil an „Metallen“. Einer der Sterne enthält sogar nur ein Zehntausendstel des Eisenanteils unserer Sonne.

Für eine kleine Anzahl dieser Sterne konnten die Forscher auch die Bahnbewegung mit ausreichender Genauigkeit bestimmen. Es zeigte sich, dass sich diese Sterne auf engen Bahnen um das galaktische Zentrum befinden. Es handelt sich demnach also tatsächlich – wie für Sterne aus der kosmischen Frühzeit zu erwarten – um Mitglieder der Bulge, und nicht um nur zufällig diese Region durchquerende Sterne. Anhand der chemischen Zusammensetzung und der Bahnbewegung berechneten Howes und ihre Kollegen für diese Sterne ein Alter von über 13,5 Milliarden Jahren ein – damit wären sie höchstens 270 Millionen Jahre nach dem Urknall entstanden. Damit ist den Forschern ein entscheidender Blick in die Frühzeit des Kosmos gelungen.