Sauerstoff im jungen Kosmos entdeckt

Bereits 700 Millionen Jahre nach dem Urknall gab es Sauerstoff im Gas zwischen den Sternen. Das zeigen Beobachtungen eines internationalen Forscherteams mit dem Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array, einer großen Teleskopanlage in Chile. Es ist das erste Mal, dass Astronomen Sauerstoff in so großer Entfernung – die empfangene Strahlung war 13,1 Milliarden Jahre bis zur Erde unterwegs – und aus einer so frühen kosmischen Zeit nachweisen konnten. Die Beobachtungen deuten zudem darauf hin, dass in jener Epoche die Strahlung massereicher Sterne das Wasserstoffgas zwischen den Galaxien ionisiert hat, so die Wissenschaftler im Fachblatt „Science“.

„Die Suche nach schweren Elementen im jungen Universum liefert uns nicht nur entscheidende Informationen über die Sternentstehungsaktivität zu jener Zeit“, sagt Akio Inoue von der Universität Osaka in Japan, „sondern auch über die Entstehung von Galaxien und über die Ursache der Reionisation.“ Knapp 400 000 Jahre nach dem Urknall war der Kosmos soweit abgekühlt, dass sich Protonen und Elektronen zu elektrische neutralen Wasserstoffatomen vereinigen konnten. Erst einige hunderttausend Jahre später, nach der Entstehung der ersten Galaxien, durchdrang erneut energiereiche Strahlung das Universum und ionisierte das Wasserstoffgas wieder. Doch bislang ist unklar, welche Art von Himmelskörpern genau für diese Reionisierung verantwortlich war.

Inoue und seine Kollegen haben im Juni 2015 hochempfindliche Beobachtungen der 2012 entdeckten Galaxie SXDF-NB1006-2 mit der Teleskopanlage ALMA durchgeführt – und es gelang ihnen, die Strahlung von Sauerstoff nachzuweisen. Beim Urknall haben sich lediglich Wasserstoff, Helium sowie Spuren von Lithium gebildet. Alle schwereren Elemente – also auch Sauerstoff – können nur durch Kernfusion in Sternen entstanden sein. Zwar ist der Anteil von Sauerstoff in SXDF-NB1006-2 zehnmal geringer als im heutigen Kosmos, aber das entspricht den Erwartungen der Forscher: Erst sehr wenige Sterne haben zu jener Zeit das interstellare Medium mit schweren Elementen angereichert.

Die beobachte Sauerstoffstrahlung zeige, so Inoue und seine Kollegen, dass sich in der Galaxie bereits zahlreiche Sterne gebildet hatten, die erheblich massereicher waren als unsere Sonne. Denn je größer die Masse, desto schneller entwickeln sich Sterne – nur so können sie zu einer so frühen kosmischen Epoche bereits Sauerstoff an ihre Umgebung abgegeben haben. Solche massereichen Sterne senden sehr viel energiereiche ultraviolette Strahlung aus – die dann aus der Galaxie entweichen und das intergalaktische Wasserstoffgas ionisieren kann. „SXDF-NB1006-2 könnte also“, so Inoue, „der Prototyp jener gesuchten Strahlungsquellen sein, die für die Reionisierung verantwortlich sind.“