Sterne 2.0 – Von der ersten zur zweiten Sterngeneration

Verteilung von Gas, Temperatur und der Häufigkeit von ionisiertem Kohlenstoff in der Zentralregion d Quelle: Foto: Universität Göttingen (idw)

Wissenschaftler der Universitäten Göttingen und Kopenhagen haben mit Hilfe hochaufgelöster Computersimulation die Entstehung des ältesten bekannten Sterns der Milchstraße modelliert. Für die kosmologische Simulation auf einem Supercomputer des Norddeutschen Verbundes für Hoch- und Höchstleistungsrechnen nutzten sie Informationen über die Häufigkeit der verschiedenen Elemente in dem Stern, die Dynamik von Gas und dunkler Materie sowie die chemische Entwicklung.

Prof. Dr. Dominik Schleicher Quelle: Foto: Universität Göttingen (idw)

Die Forscher erhoffen sich von der Modellierung Erkenntnisse über den Übergang von der ersten zur zweiten Sterngeneration im Universum. Die Ergebnisse sind in der Fachzeitschrift Astrophysical Journal Letters erschienen.

Die Sterne der ersten Generation im Universum entstanden aus primordialem Gas, das ausschließlich aus Wasserstoff und Helium bestand. Ihre Masse betrug das Zehn- bis Fünfhundertfache der Masse unserer Sonne. In nuklearen Prozessen im Inneren dieser Sterne bildeten sich dort mit der Zeit auch schwere Elemente wie Eisen, Silizium, Kohlenstoff und Sauerstoff. Als die Sterne der ersten Generation in einer Supernova endeten und dieses Material herausgeschleudert wurde, bildeten sich daraus die Sterne der zweiten Generation.

„Unsere Simulationen zeigen, dass das Gas während dieses Vorgangs deutlich abkühlt“, erläutert der Leiter der Studie, Dr. Stefano Bovino vom Institut für Astrophysik der Universität Göttingen. „Dies begünstigt die Entstehung von Sternen mit niedriger Masse.“ Darüber hinaus bietet die Anwesenheit von schweren Elementen zusätzliche Kanäle für die thermische Kühlung. Für die Wissenschaftler ist es daher besonders wichtig, die chemische Entwicklung zu modellieren.

Den ältesten bekannten Stern der Milchstraße mit dem Namen SMSS J031300.-36-670839.3 – sein Alter wird auf etwa 13,6 Milliarden Jahre geschätzt – wählten die Forscher aus, weil seine Elementstruktur mit nur einer vorhergehenden Supernova-Explosion übereinstimmt. „Es scheint sehr wahrscheinlich, dass es sich dabei in der Tat um einen der allerersten Sterne handelt, die aus dem metallangereicherten Gas entstanden sind“, so Prof. Dr. Dominik Schleicher vom Institut für Astrophysik. „Die chemische Zusammensetzung des Sterns reflektiert daher die Bedingungen direkt nach der ersten Supernova-Explosion.“

Während SMSS J031300.-36-670839.3 einen relativ geringen Anteil an schweren Elementen aufweist, ist der Kohlenstoffanteil im Vergleich dazu deutlich erhöht. Er gehört daher zu einer Klasse von Sternen, von der die Wissenschaftler denken, dass sie auf ähnliche Weise entstanden ist. Die neuartigen Simulationen wurden ermöglicht durch die Entwicklung des Chemie-Pakets KROME, das die Göttinger Wissenschaftler gemeinsam mit der Universität Kopenhagen entwickelt haben. Mit ihrer neuen Technik wollen die Forscher nun die Entstehung der metallärmsten Sterne in der Milchstraße unter einer Vielzahl verschiedener Bedingungen untersuchen.

Quelle: Georg-August-Universität Göttingen (idw)