Ein internationales Forscherteam hat einen eindeutigen Beweis dafür gefunden, dass die Anwesenheit von Supersonnen die Anomalien erklären kann, die in großen Sternhaufen beobachtet werden.
Kugelsternhaufen sind die massereichsten und ältesten Ansammlungen von Sternen im Universum. Sie können bis zu 1 Million Sterne beherbergen. Die chemische Zusammensetzung dieser Sterne, die zur gleichen Zeit geboren wurden, weist Anomalien auf, die in keiner anderen Population von Sternen zu finden sind. Die Erklärung dieser Besonderheit ist eine der größten Herausforderungen der Astronomie. Ein Team der Universitäten Genf (UNIGE) und Barcelona sowie des Instituts für Astrophysik in Paris (CNRS und Sorbonne Université) glaubt, die ersten chemischen Spuren ihrer Anwesenheit in kugelförmigen Protohaufen, die etwa 440 Millionen Jahre nach dem Urknall entstanden sind, entdeckt zu haben, nachdem sie sich vorstellen konnten, dass supermassereiche Sterne die Ursache dafür sein könnten. Die Ergebnisse, die durch Beobachtungen des James-Webb-Weltraumteleskops gewonnen wurden, sind in Astronomy and Astrophysics zu finden.
Kugelsternhaufen sind sehr dichte Ansammlungen von Sternen, die in einer Kugel verteilt sind, deren Radius zwischen zehn und hundert Lichtjahren liegt. Sie können bis zu 1 Million Sterne enthalten und sind in allen Galaxienformen zu finden. In unserer Galaxie gibt es etwa 180 davon. Eines ihrer größten Geheimnisse ist die Zusammensetzung ihrer Sterne: Warum ist sie so vielfältig? Der Anteil an Sauerstoff, Stickstoff, Natrium und Aluminium ist von Stern zu Stern unterschiedlich. Dennoch sind sie alle zur gleichen Zeit aus derselben Gaswolke entstanden. Astrophysiker sprechen von "Häufigkeitsanomalien".
Monster mit einem sehr kurzen Leben
Ein Team der Universitäten Genf (UNIGE) und Barcelona sowie des Institut d’Astrophysique de Paris (CNRS und Sorbonne Université) hat nun einen weiteren Fortschritt bei der Erklärung dieses Phänomens gemacht. Im Jahr 2018 hatte sie ein theoretisches Modell entwickelt, wonach supermassive Sterne bei der Entstehung dieser Sternhaufen die ursprüngliche Gaswolke ’verschmutzt’ haben und ihre Sterne heterogen mit chemischen Elementen anreichern. Dank der Daten, die wir mit dem James-Webb-Weltraumteleskop gesammelt haben, glauben wir nun, einen ersten Hinweis auf die Existenz dieser außergewöhnlichen Sterne gefunden zu haben", erklärt Corinne Charbonnel, ordentliche Professorin am Departement für Astronomie der Mathematisch-Naturwissenschaftlichen Fakultät der Universität Genf und Erstautorin der Studie.
Diese Himmelsmonster, die 5000 bis 10 000 Mal so massiv wie die Sonne sind und in ihrem Zentrum fünfmal so heiß sind (75 Millionen °C), hätten die verschiedenen chemischen Elemente durch Kernreaktionen destilliert. Doch dazu musste man ihre Existenz erst einmal beweisen können. Die Kugelsternhaufen sind zwischen 10 und 13 Milliarden Jahre alt, während die Lebensdauer dieser Supersterne maximal zwei Millionen Jahre beträgt. Sie sind also sehr früh aus den derzeit beobachtbaren Sternhaufen verschwunden. Es gibt nur noch indirekte Spuren von ihnen", erklärt Mark Gieles, ICREA-Professor an der Universität von Barcelona.
Vom Licht enthüllt
Die Koautorinnen und Koautoren konnten ihre Hypothese mithilfe der Infrarot-Sichtkraft des James-Webb-Teleskops untermauern. Der Satellit fing das Licht einer der am weitesten entfernten und jüngsten bekannten Galaxien in unserem Universum auf. GN-z11 ist etwa 13,3 Milliarden Lichtjahre entfernt und nur einige Dutzend Millionen Jahre alt. In der Astronomie ist die Analyse des Lichtspektrums von kosmischen Objekten ein Schlüsselelement, um ihre Eigenschaften zu bestimmen. Hier lieferte das von dieser Galaxie ausgestrahlte Licht zwei wertvolle Informationen.
oeEs wurde festgestellt, dass die Galaxie einen sehr hohen Anteil an Stickstoff und eine sehr hohe Sterndichte aufweist", sagt Daniel Schaerer, Koautor der Studie und außerordentlicher Professor am Departement für Astronomie der Mathematisch-Naturwissenschaftlichen Fakultät der Universität Genf. Alles deutet also darauf hin, dass in dieser Galaxie mehrere Kugelsternhaufen entstehen, die noch einen aktiven supermassereichen Stern beherbergen. Die starke Präsenz von Stickstoff kann nur durch das Verbrennen von Wasserstoff bei extrem hohen Temperaturen erklärt werden, die nur im Kern supermassereicher Sterne erreicht werden können, wie die Modelle von Laura Ramirez-Galeano, einer Masterstudentin in unserem Team, zeigen", erklärt Corinne Charbonnel.
Die neuen Ergebnisse stützen das Modell des internationalen Teams. Es ist derzeit das einzige Modell, das die Häufigkeitsanomalien in Kugelsternhaufen erklären kann. Als nächstes werden die Wissenschaftler die Gültigkeit dieses Modells an anderen Kugelsternhaufen testen, die sich in fernen Galaxien bilden.
