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Sternentwicklung: Der Stammbaum der Sterne

Aus einer riesigen Molekülwolke entstehen viele Sterne. Die ursprüngliche chemische Zusammensetzung der Wolke ist in den Sternatmosphären ein Leben lang gespeichert. Ist die individuelle Zusammensetzung der Atmosphäre eine Art »DNA« des Sterns? Bei diesem spannenden Ansatz wandeln Astronomen auf den Spuren von Charles Darwin und können so die Entwicklung von Sternen in einer Art Stammbaum anordnen.
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Wenn sich Menschen einfache Fragen stellen und sie dabei unterschied­lichen Fachrichtungen oder Anschauungen angehören, entstehen nicht selten interdisziplinäre Ansätze, um Antworten zu finden. So war die amerikanische Kunsthistorikerin Katherine Reinhart der University of Cambridge in Großbritannien daran interessiert, welchen Einfluss die grafische Darstellung wissenschaftlicher Ergebnisse auf deren Weitergabe und Verteilung hat. Insbesondere wollte sie wissen, welches die Visualisierungtechniken der frühen Royal Society waren und welche Bilder für deren Mitglieder zugänglich waren. Reinharts weitere Motivation bestand darin, wer diese Bilder herstellte und wie sie benutzt wurden. Um Antworten zu finden, fuhr sie einmal wöchentlich von Cambridge nach London, um Bilder und Zeichnungen aus den ersten 50 Jahren – von 1660 bis 1710 – der Royal Society zu studieren. Eine Zusammenstellung der Arbeiten ihrer Arbeitsgruppe wurde in der Ausstellung »Science made Visible: Drawings, Prints, Objects« in London von Juli bis November 2018 präsentiert.

Um ihre Ergebnisse in einen Kontext zur modernen Praxis zu setzen, fragte Reinhart sich, welche Visualisierungsmethoden auch heute noch Anwendung finden und welche der Illustrationen weiterhin von Wissenschaftlern genutzt werden. Daraufhin organisierte sie im King’s College Cambridge ein Treffen unter dem Titel »Die Rolle der Visualisierung in den Wissenschaften«. Zu dieser Debatte lud die Kunsthistorikerin verschiedene Mitglieder des College ein, welche alle in verschiedenen Forschungsfeldern arbeiteten, um gemeinsam das Thema des Treffens zu erörtern. Zur Anregung von Diskussionen, bat sie einige der eingeladenen Wissenschaftler einen kleinen Vortrag zu halten, in dem sie ihre Visualisierungstechniken vorstellen, die sie in ihrer wissenschaftlichen Arbeit nutzen. Unter den Eingeladenen waren der britische Anthropologe Rob Foley von der University of Cambridge und die deutsch-chilenische Astronomin Paula Jofré von der Universidad Diego Portales in Santiago Chile, welche zu jener Zeit wissenschaftliche Mitarbeiterin am Institut für Astronomie der University of Cambridge war.

In seinem Vortrag vertrat Foley recht deutlich die Meinung, dass phylogenetische Stammbäume zu den besten Werkzeugen gehören, um die Entwicklung eines beliebigen Prozesses zu studieren. Um seine Behauptung zu stützen, zeigte er einige Beispiele für Stammbäume. Das klassische Beispiel dafür ist der darwinsche Baum des Lebens. Jofré war begeistert, ist doch ihr Forschungsfeld die Entstehung und Entwicklung des Milchstraßensystems. Ihr fiel auf, dass solche phylogenetischen Stammbäume in ihrem Forschungsgebiet bisher noch nicht eingesetzt wurden.

Im Allgemeinen enden Vortragsreihen, wie diejenige am King’s College mit einer gemeinsamen Wein- und Käsezeremonie. Währenddessen tragen die Teilnehmer die traditionellen Roben des College. So wird dort oft den ganzen Abend lang über diverse Themen gesprochen.

Jofré suchte den Kontakt zu Foley und fragte: »Ist es möglich, einen phylogenetischen Stammbaum für Sterne zu erstellen?«. Der Anthropologe zögerte bei seiner Antwort, weil ihm nicht klar war, ob Sterne in einem »genetischen« Sinn miteinander verwandt sein könnten. Das Abendessen, die anschließenden Zeremonien sowie ein abschließendes Teetrinken ließen der Astronomin genügend Zeit, dem Anthropologen zu erklären, dass Sterne gewissermaßen ein Äquivalent zu einer DNA haben und somit eine »genetische Verwandtschaft« betrachtet werden könnte. Auf diesen Abend folgten weitere Gespräche im College und in den Instituten der Beteiligten. Dabei nahm die Idee der phylogenetischen Stammbäume der Sterne immer konkretere Formen an.

Der erste Stammbaum für eine überschaubare Gruppe von Sternen wurde 2017 in der Fachzeitung »Monthly Notices of the Royal Astronomical Society« veröffentlicht. Ein Jahr später wurde diese neue Idee von den Juroren der Zeitschrift »Science News«, welche alljährlich revolutionäre Ideen junger Wissenschaftler unter 40 Jahren prämiert, als eine der zehn bedeutendsten Ideen im Jahr 2018 ausgezeichnet …

November 2019

Dieser Artikel ist enthalten in Sterne und Weltraum November 2019

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  • Literaturhinweise

Böhm-Vitense, E.: Introduction to stellar astrophysics, Cambridge University Press (1992)

Freeman, K., Bland-Hawthorn, J.: The New Galaxy: Signatures of Its Formation. Annual Review of Astronomy and Astrophysics, 40, 2002

ofré, P., et al.: Cosmic phylogeny: reconstructing the chemical history of the solar neighbourhood with an evolutionary tree. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 467, 2017

Nissen, P. E.: High-precision abundances of elements in solar twin stars. Astronomy & Astrophysics, 579, 2015

Rees, M. J.: Opacity-limited hierarchical fragmentation and the masses of protostars. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 176, 1976