Die ersten Sternexplosionen waren gigantisch – und asymmetrisch

Wenn ein Stern mit deutlich mehr Masse als die Sonne seinen Brennstoff verbraucht hat, vergeht er in einem gewaltigem Feuerwerk, einer Supernova. Im heutigen Universum ist das ein nicht allzu häufiger Anblick, denn der überwiegende Teil der Sterne sind Rote Zwerge, die ihr Leben bei weitem nicht so spektakulär beenden. Auch der Sonne steht keine Supernova bevor. Sie wird sich zum Roten Riesen entwickeln, von dem am Ende nur noch ein harmloser Weißer Zwerg übrig bleibt.

In der Frühzeit des Universums war das aber noch anders. Damals dürfte es weder Rote Zwerge noch Sterne in der Größe der Sonne gegeben haben. Vielmehr war das damals noch viel kleinere Universum voller Riesensterne, die man heute der sogenannten Population III zuordnet. Die bestanden nur aus dem, was der Urknall geliefert hatte: Wasserstoff, Helium und ein bisschen Lithium. Doch die Zusammensetzung des Kosmos änderte sich, als diese frühen Sterne ihr kurzes, aber energiereiches Leben beendeten. In ihren Explosionen entstanden erst die schwereren Elemente, die sich dann in Sternen der jüngeren Populationen II und I ansammeln konnten.

Bisher hatten die Forscher angenommen, dass die Supernovae damals sich nicht von den heutigen Explosionen unterschieden. Dabei explodiert ein Stern in alle Himmelsrichtungen gleichzeitig, wie man es erwarten würde. Die Explosionsfront ist also eine Kugel. Aber einem Forscherteam vom amerikanischen MIT fiel an dem Stern HE 1327–2326 etwas Seltsames auf: Er enthält eine unerwartet große Menge an Zink. Der nur 5000 Lichtjahre von der Erde enntfernte HE 1327–2326 enthält so wenig schwere Elemente, dass er klar in die direkt nach den ersten Sternen entstandene Population II einzuordnen ist. Er ist also aus dem bei den ersten Supernovae ausgestoßenem Material geboren worden.

Allerdings gibt es dabei ein Problem. Der relativ hohe Zinkanteil lässt sich mit einer normalen Supernova nicht erklären. Bei ihr würde einfach nicht genug Zink entstehen. Die MIT-Forscherinnen ließen deshalb Supernova-Explosionen im Computer simulieren. Das überraschende Ergebnis: Es entsteht nur dann genug Zink, wenn die Ereignisse nicht symmetrisch ablaufen. Vielmehr müssen sich entgegengesetzt gerichtete Jets gebildet haben (siehe Bild unten), in denen dann das Zink entstand. Eine solche Spernova müsste noch fünf bis zehn Mal energiereicher gewesen sein, als man ursprünglich angenommen hatte. Die Astronominnen vermuten sogar, dass die meisten Supernovae im frühen Universum auf diese Weise abliefen. Es wäre auch möglich, dass die nunmehr viel stärkeren Explosionen die Entwicklung des Universums in der Reionisationsphase stärker berinflussten als bisher gedacht.

Rana Ezzeddine und Anna Frebel vom MIT haben herausgefunden, dass die ersten Sterne wohl asymmetrisch explodiert sind (Bild: Melanie Gonick)
Die Form einer Supernova im frühen Universum. etwa 50 Sekunden nach Beginn der Explosion (Simulation, Bild: Melanie Gonick)

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