Sterne reicherten das Weltall früher mit Stoffen wie Sauerstoff und Kohlenstoff an als bislang angenommen
Schon 500 Millionen Jahre nach dem Urknall enthielt das Gas zwischen den Galaxien die lebenswichtigen Elemente Sauerstoff, Kohlenstoff und Silizium. Das zeigen Beobachtungen eines Forschungsteams aus den USA und Japan mit dem Weltraumteleskop James Webb. Bislang dachten Astronomen, in dieser frühen Phase hätte es außerhalb von Galaxien nur Wasserstoff und Helium gegeben. Doch das intergalaktische Gas war zu dieser Zeit bereits mit schwereren Elementen angereichert, wie die Wissenschaftler im Fachblatt „Nature“ berichten.
„Schwere Elemente entweichen schon sehr, sehr früh in der kosmischen Geschichte aus Galaxien, wie wir beobachtet haben“, erläutert Yongda Zhu von der University of Arizona. „Die Galaxien erzeugen also diese Elemente nicht nur, sondern sie verteilen sie auch schon – und reichern so wiederum andere Galaxien mit diesen Elementen an.“
Beim Urknall vor 13,8 Milliarden Jahren sind nur die Elemente Wasserstoff und Helium entstanden, sowie eine geringe Menge an Lithium. Alle schwereren Elemente bildeten sich erst durch Kernfusion in Sternen. Die ersten Sterne und Galaxien haben sich nach heutigem Wissen erst nach einigen hundert Millionen Jahren aus sich langsam verdichtenden Gaswolken geformt.
Durch Sternexplosionen konnten dann zwar schwere Elemente ins Weltall gelangen. Doch dieser Vorgang braucht Zeit – deshalb sollte das Gas zwischen den Galaxien, fernab der ersten Sterne, für einen langen Zeitraum im reinen, ursprünglichen Zustand verbleiben, so die Annahme der Himmelsforscher. Doch diese Vorstellung ist offenbar falsch, wie die Messungen von Zhu und seinen Kollegen zeigen.
Mit dem Webb-Teleskop haben die Forscher drei Galaxien untersucht, deren Licht über 13 Milliarden Jahre zur Erde unterwegs war. Die Astronomen sehen diese Sternsysteme also so, wie sie vor über 13 Milliarden Jahren ausgesehen haben, und zwar 730, 655 und 515 Millionen Jahre nach dem Urknall.
„Wir nutzen die Galaxien sozusagen als Hintergrundbeleuchtung“, erläutert Zhu. „Auf seinem Weg zur Erde durchquert das Licht das Gas in der Umgebung der Galaxie. So können wir einzelne Elemente entdecken, wenn sie einen Teil des Lichts absorbieren.“ Im Licht aller drei Galaxien stießen Zhu und seine Kollegen auf die Spuren von Sauerstoff, Kohlenstoff und Silizium.
Mehr noch: Wie die genaue Analyse zeigt, bewegt sich das Gas, das diese Elemente enthält, von den Galaxien weg. Die Galaxien blasen demnach das mit schwereren Elementen angereicherte Gas in ihre Umgebung hinaus, so die Wissenschaftler. Und von dort können die Elemente nach Millionen von Jahren wieder in eine andere Galaxie hineingelangen.
Astronomen bezeichnen diesen Vorgang als kosmischen Stoffkreislauf – die schweren Elemente gehen nicht im intergalaktischen Raum verloren, sondern werden recycelt und reichern sich auf diese Weise über die Jahrmilliarden in den Sternen an. Dieses Recycling hat also, schreiben Zhu und seine Kollegen, bereits wenige hundert Millionen Jahre nach dem Urknall begonnen, viel früher als bislang vermutet.
Das frühe Recycling könnte auch ein Problem lösen, das die Himmelsforscher seit Langem plagt. Die ersten Sterne im Kosmos sollten ausschließlich aus Wasserstoff und Helium bestehen. Doch trotz intensiver Suche konnten Astronomen bislang keine solchen Sterne der ersten Generation aufspüren.
Wie die Beobachtungen von Zhu und seinen Kollegen zeigen, gab es schon sehr früh kein reines Gas aus Wasserstoff und Helium mehr. Es konnten also nur für eine sehr kurze Zeit „reine“ Sterne der ersten Generation entstehen – und diese Zeit war einfach nicht lang genug, um Sterne zu hinterlassen, die Astronomen heute noch beobachten können.
Bildquelle: Yongda Zhu
