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Nukleosynthese: Frühe Galaxien besaßen unerwartet viele schwere Elemente

Gammastrahlenausbrüche zählen zu den energiereichsten Explosionen im Universum. Wegen ihrer enormen Leuchtkraft lassen sie sich auch noch in den Tiefen des Weltalls beobachten und beleuchten dabei unter Umständen auch andere, weniger helle Objekte. Ein zwölf Milliarden Lichtjahre entferntes Exemplar fördert auf diese Weise überraschende Details über die chemische Zusammensetzung uralter Galaxien zu Tage: Sie enthielten mehr schwere Elemente als bisher angenommen.

Mit dem Weltraumobservatorium Fermi entdeckten Astronomen im März 2009 den Gammastrahlenausbruch GRB 090323. Zahlreiche erdgebundene Teleskope verfolgten das Nachleuchten der Explosion im sichtbaren und infraroten Spektralbereich, darunter auch das Very Large Telescope (VLT) in Chile. Die Beobachtungen am VLT zeigen, dass das empfangene Licht nicht nur die Heimatgalaxie des Gammastrahlenausbruchs durchquert, sondern auch ein benachbartes Sternsystem. Dabei absorbiert das Gas in den beiden Galaxien – abhängig von den enthaltenen chemischen Elementen – ganz bestimmte Wellenlängen der durchlaufenden Strahlung und hinterlässt so eindeutige Spuren im Spektrum von GRB 090323.

Durchleuchtete Galaxien | Künstlerische Darstellung der beiden vom Gammastrahlenausbruch durchleuchteten Galaxien.
Aus diesen Absorptionslinien leiteten Sandra Savaglio vom Max-Planck-Institut für Extraterrestrische Physik in Garching und ihre Kollegen nun die chemische Zusammensetzung des kühlen Gases in den beiden weit entfernten Galaxien ab. "Diese Galaxien enthielten mehr schwere Elemente, als je zuvor in einer Galaxie in einer so frühen Entwicklungsphase des Universums beobachtet wurden", fasst Savaglio die Ergebnisse zusammen.

Demnach müssen sich in den beiden Galaxien, die bereits 1,8 Milliarden Jahre nach dem Urknall existierten, schnell neue Sterne gebildet haben. Da sich die beiden Sternsysteme offenbar sehr nahe sind, spekulieren die Forscher, dass sie womöglich gerade miteinander verschmolzen, als der Gammastrahlenausbruch stattfand. Die dabei auftretenden Wechselwirkungen sollten die Sternentstehung anfachen. Aus dem lang andauernden Verschmelzungsprozess könnte auch bereits der Vorläufer von GRB 090323 hervorgegangen sein, schreiben die Autoren.

Kurz nach dem Urknall vor 13,7 Milliarden Jahren enthielt das Weltall nahezu ausschließlich Wasserstoff und Helium. Die meisten schwereren Elemente, wie Sauerstoff, Stickstoff und Kohlenstoff, entstanden erst später in Sternen. Heutige Galaxien, in denen bereits mehrere Sterngenerationen das Gas mit ihren "Erzeugnissen" angereichert haben, sollten also mehr schwere Elemente enthalten als Galaxien im frühen Universum. (mp)

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