Auf der Suche nach den ältesten Sternen (German Edition)

präzisen Messungen der kosmischen Hintergrundstrahlung vorgenommen und so deren räumliche Struktur und Ausdehnung bestimmen können. Diese und weitere Messungen durch den Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP)-Satelliten, der in Abbildung 1.B im Farbbildteil gezeigt ist, sind eine großartige Bestätigung dafür, dass das Universum eine extrem heiße Phase auf kleinstem Raum durchgemacht hat – also den Urknall.

Abb. 1.B
    Schon in der 380 000 Jahre nach dem Urknall entstandenen kosmischen Hintergrundstrahlung konnten Smoot und Mather erste Anzeichen einer ganz leichten Klumpung der Materie im Universum nachweisen. Sie sind die »Kondensationskeime« aller späteren kosmischen Strukturen, also letztendlich auch der Sterne.
    Aber erst einige hundert Millionen Jahre nach dem Urknall war es dann so weit, dass sich der Charakter des Universums wieder vollständig veränderte. Das »dunkle« Zeitalter, das bestanden hatte, seit die Atomkerne die Elektronen eingefangen hatten, ging nun zu Ende. Aus den immer stärker verklumpenden riesigen Gaswolken bildeten sich die ersten Sterne des Universums, die nur aus dem Wasserstoff, Helium und Lithium bestanden, die aus der ursprünglichen, primordialen Urknallsuppe hervorgegangen waren. Diese Sterne erhellten das Universum zum allerersten Mal. Das von ihnen ausgehende UV-Licht führte zur Ionisierung der neutralen Atome in den interstellaren Gaswolken. Die Elektronen wurden dabei durch die intensive Bestrahlung des jungen Sternenlichts aus ihren Atomen herausgeschlagen. So veränderte die Existenz der ersten Sterne die Entstehungsbedingungen für weitere neue Sterne. Die Sternentstehung konnte dadurch effizienter vorangetrieben werden. So entstanden immer mehr Sterne, die sich in riesigen Sternenwolken, den Galaxien, organisierten.
    In ihrem heißen Inneren synthetisierten diese Sterne dabei alle chemischen Elemente, die schwerer als Wasserstoff und Helium sind. Diese Elementproduktion führte wiederum zu größeren Veränderungen im Universum. Unzählige Sterne reicherten in ihren Galaxien ihre Materie mit immer größeren Mengen der Elemente an. Nach einigen Milliarden Jahren reichten diese Mengen aus, dass sich in der Galaxie, die wir Milchstraße nennen, unsere Sonne und ihre Planeten bilden konnten. Denn unser Planet Erde besteht zu einem erheblichen Teil aus Eisen und anderen Elementen, die aber erst in Sternen geschaffen werden mussten.
    Jetzt, nach 13,7 Milliarden Jahren kosmischer Entwicklung, steht der Massenanteil der Elemente von Lithium bis Uran bei ca. 4%. Vor 4,5 Milliarden Jahren, als die Sonne geboren wurde, waren es noch weniger als 2%. Denn bis auf das wenige Lithium ist dieses gesamte Material in Sternen produziert worden. Sterne, insbesondere die ältesten, sind deshalb der Schlüssel zum Verständnis dafür, wie sich die heutige chemische Vielfalt des Kosmos im Laufe der Zeit im Detail entwickelt hat.
    Nun waren die Voraussetzungen für die Existenz des Menschen gegeben. Er besteht zum größten Teil aus ganz normalem Wasser, nämlich H 2 O. Wasser setzt sich aus in Sternen erzeugtem Sauerstoff und Wasserstoff aus dem Urknall zusammen. Da ein Sauerstoffatom ca. 16 Mal so schwer ist wie ein Wasserstoffatom, ist das Verhältnis der Masse von Wasserstoff zu Sauerstoff in einem Wassermolekül 1:8. Da unser Körpergewicht zu ca. 65% aus Wasser besteht, heißt das, dass wir zu 8% (also einem Zwölftel) aus Wasserstoff bestehen. Voilà: Wir sind selbst ein Teil des Urknalls in dem Sinne, dass der Wasserstoff in uns aus den ersten Minuten nach dem Urknall stammt. Jemand, der 75 kg wiegt, trägt also ca. 6 kg »Urknall«-Wasserstoff mit sich herum. Bei Babys ist der Wassergehalt sogar noch höher: fast 90%. Ein 3,5 kg schweres Baby enthält somit 370 Gramm (11%) »Urknall«-Wasserstoff, was dem Gewicht einer vollen Getränkedose entspricht. Und wie in Abbildung 1.2 gesehen werden kann, konsumieren wir diese und weitere Elemente jedes Mal, wenn wir z.B. Limonade trinken.

Abb. 1.2 : Urknall-Limonade – ein kosmischer Verkaufsschlager! Zutaten: Wasser, Zucker und Zitronensäure, bestehend aus Wasserstoff, Kohlenstoff und Sauerstoff sowie einigen Spuren von Kalzium, Eisen, Magnesium, Phosphor, Kalium und Zink. Herkunft: Urknall (Wasserstoff), Rote Riesensterne (Kohlenstoff) und Supernovaexplosionen massereicher Sterne (Sauerstoff und schwerere Elemente).
    Die chemischen Elemente, die die Moleküle aufbauen, aus denen wir bestehen, sind also ungleich älter als