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Kosmologie: Die Spur der ersten Sterne?

Kurz nach Halloween melden US-amerikanische Wissenschaftler, dass sie die Geister längst vergangener Sterne gesehen hätten. Zieht man nämlich das Licht heutiger Galaxien, Nebel und Sterne ab, verbleibt auf Infrarot-Aufnahmen ein grob strukturiertes Glimmen. Handelt es sich um gedehntes Licht der ersten Sternengeneration?
Das Geisterleuchten der ältesten Sterne?
Die ersten Bewohner des Kosmos waren früher da und lebten kürzer, als Astronomen noch vor wenigen Jahrzehnten gedacht hätten. Tiefe Blicke in die Endlichkeit des Weltalls, wie sie etwa das Weltraum-Teleskop Hubble und die junge Generation der erdgebundenen Riesenteleskope mit anpassungsfähiger Optik geliefert haben, zeigten immer wieder Strukturen, die es nach damaligen Vorstellungen noch gar nicht gegeben haben dürfte.

Denn weil das Licht sich mit endlicher Geschwindigkeit ausbreitet, erreichen Strahlen aus großen Entfernungen die Erde erst nach vielen Milliarden Jahren – in die Ferne zu schauen, heißt darum, die Vergangenheit anzusehen. Und dort existierten bereits Sterne und Galaxien, mit denen die theoretischen Modelle der Astrophysiker nicht gerechnet hatten.

Das ferne, junge Universum im Infrarotlicht ... | Auf der Infrarotaufnahme einer Himmelsregion im Sternbild Drache leuchten bei einer Wellenlänge von 3,6 Mikrometern – also unterhalb der Sichtbarkeits-Leistung des menschlichen Auges – viele Sterne und Galaxien. Der Auschnitt umfasst etwa 50 bis 100 Millionen Lichtjahre.
Im Wettstreit zwischen Theorie und Praxis muss in den Naturwissenschaften die empirische Beobachtung gewinnen. Also modifizierten Forscher ihre Überlegungen, und heute geht man von einem 13,7 Milliarden Jahre alten Weltall aus, in dem sich bereits nach einem kosmologischen Wimpernschlag von 100 Millionen Jahren die frühesten Sterne gebildet haben.

Wie die Materie sich derartig schnell formen und zu größeren Objekten ansammeln konnte, ist indes nicht ganz klar. Allerdings weiß man, dass diese leuchtenden Urväter sich von ihren Nachkommen unterscheiden: Sie bestanden nur aus leichten Elementen, waren aber um mehr als hundert Mal massereicher als die Sonne.

Ihren materiellen Reichtum verbrauchten sie jedoch sehr schnell in einem Fusionsfeuer, dass nach wenigen Millionen Jahren ausgebrannt war – im Gegensatz zur Sonne, deren Leben als strahlender Stern rund zehn Milliarden Jahre dauern soll. Insgesamt also eine ziemlich genaue Beschreibung – vor allem, wenn man bedenkt, dass bislang niemand diese ersten Sterne gesehen hat.

Ein Team US-amerikanischer Astronomen um Alexander Kashlinsky vom Observational Cosmology Laboratory ist womöglich vor kurzem diesem Ziel ein gutes Stück näher gekommen – und das mit einem vergleichsweise winzigen Teleskop. Die Infrared Array Camera (IRAC) an Bord des Weltraumteleskops Spitzer misst nämlich nicht mehr als 85 Zentimeter im Durchmesser.

Schon Hubble bringt es auf stattliche 2,5 Meter und der geplante Nachfolger – das James Webb Space Telescope – wird es gar auf 6,5 Meter bringen. Mit solchen Dimensionen wird man eventuell die frühesten Sterne sehen können. Was kann IRAC da schon groß vorweisen?

... dahinter glimmen die Geister der ältesten aller Sterne. | Zieht man das Licht der heute strahlenden Galaxien, Nebel und Sterne ab, verbleibt auf der Infrarot-Aufnahmen ein grob strukturierte Glimmen. Handelt es sich um gedehntes Licht der ersten Sternengeneration?
Keine Porträtaufnahme eines einzelnen Sterns, sondern ein strukturiertes Infrarot-Leuchten der gesamten Sternengeneration. Quasi die verwaschene Skyline von New York im Nebel, anstelle eines Fotos, auf dem einzelne Wolkenkratzer zu erkennen sind. Und für so ein Bild kommt es weniger auf die Auflösung an, als vielmehr auf die Auswertung. Denn infrarotes Licht strahlen auch heutige Galaxien und Sterne in der Milchstraße aus, hinzu kommt gestreutes und reflektiertes Licht aus Nebeln.

Sie alle überlagern die Strahlung aus der Frühzeit des Kosmos. Was damalige Sterne mit hellem Schein abgegeben haben, ist durch die ständige Ausdehnung des Universums gestreckt worden, bis es nur noch im infraroten Spektrum wahrzunehmen ist. Es gilt folglich, Alt und Neu sorgfältig voneinander zu trennen.

Die Forscher wählten darum mehrere getrennte Himmelsausschnitte, um nicht auf das Licht einer aktuellen Quelle hereinzufallen. Sie machten Aufnahmen in verschiedenen Wellenlängenbereichen und wiederholten die Messungen nach mehreren Monaten.

Mit verschiedenen Verfahren entfernten sie das Infrarotlicht heutiger Leuchtobjekte, und erhielten immer das gleiche Bild: Eine Karte der Infrarot-Hintergrundstrahlung, die ähnlich wie die bekannte Mikrowellen-Hintergrundstrahlung körnig ist und deutliche Intensitätsunterschiede zeigt. Dabei war die Helligkeit des "alten" Infrarotlichts erstaunlicherweise größer als das "neue" Licht.

Die Wissenschaftler sind vorsichtig bei der Interpretation ihrer Daten. Die Auswertung erfolgte zwar auf verschiedenen Wegen und penibel genau, doch das Weltlall könnte noch ein paar andere Überraschungen bereit halten, mit denen der strukturierte Infrarot-Hintergrund zu erklären wäre, ohne auf Sterne der ersten Generation zurückzugreifen.

Sollten aber weitere Beobachtungen und Berechnungen zum gleichen Ergebnis kommen, würde die Karte einige über 13 Milliarden Jahre alte Geister zeigen. Und für einen so langen Zeitraum hätten die die Halloween-Nacht doch erstaunlich gut getroffen.

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