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News: Heiße Sterne

Der Heliumgehalt eines Sterns bestimmt, wie lange er zu leben hat. Doch wie viel Helium entsteht eigentlich in einem Stern?
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Das Universum kurz nach dem Urknall war ein eintöniger Ort. Denn in den ersten Sekundenbruchteilen entstanden, nachdem es sich rapide abgekühlt hatte, lediglich Protonen – also Wasserstoffkerne. Rund drei Minuten dauerte es, bis Heliumkerne folgten. Die anderen schwereren Elemente – für Astronomen sind alle Elemente jenseits von Kohlenstoff Metalle – bildeten sich erst hundert Millionen Jahre später in den Fusionsöfen der Sterne.

Doch nicht nur Metalle gingen aus diesen Fusionsprozessen hervor. Auch weiteres Helium entstand, denn zu Beginn des Universums waren noch 94 Prozent aller Materieteilchen Wasserstoffkerne. Gerade die Produktionsrate von Helium im Vergleich zu den Metallen interessiert Astronomen, denn dieses Verhältnis bestimmt, wie lange ein Stern zu leben hat.

Heliumreiche Sterne sind heißer und heller, vergehen jedoch viel schneller als metallreiche Sterne. Anhand des Helium-Verhältnisses lässt sich außerdem auch das Alter von Galaxien bestimmen – eine Größe, die wiederum in Gleichungen einfließt, welche die dunkle Energie beschreiben. 73 Prozent der Masse unseres Universums sollen immerhin dieser ominösen, bis heute nicht direkt beobachtbaren Materieform angehören.

Die Produktionsrate von Helium im Kosmos zu bestimmen, ist jedoch keine leichte Aufgabe. Paul Jimenez von der University of Pennsylvania und seinen Kollegen gelang das auf indirektem Wege, indem sie den Effekt von Helium auf die Temperatur von Sternen untersuchten, deren Metallgehalt bekannt war und deren Temperatur nicht vom Alter abhing. Zwergsterne der Spektralklasse K erfüllen diese Anforderungen. Sie sind kleiner als unsere Sonne und nicht heißer als 8000 Kelvin. Jimenez und sein Team maßen mit dem Hipparcos-Satellit der ESA die Entfernung dieser Sterne und ihre Helligkeit – zwei Größen, die zusammen etwas über den Metallgehalt eines Sterns aussagen.

"Einige der 10 000 Sterne, deren Helligkeit Hipparcos bestimmte, waren zu heiß, als dass wir ihre Zusammensetzung messen konnten, andere waren zu kalt. Wir stürzten uns auf 31 K-Zwerge, die angemessen erschienen", erinnert sich Jimenez. "Wir fanden heraus, dass metallreiche Sterne in unserem Universum ungefähr 2,1-mal so viel Helium wie Metalle produzieren." Vorangegangene theoretische Arbeiten ließen auf ein Verhältnis irgendwo zwischen eins und drei schließen.

Mit dem genauen Wert lässt sich nun auch ein Blick in die Vergangenheit wagen: "Aus Helium bestehen 27 bis 30 Prozent des heutigen Universums. Aber unsere Arbeit deutet an, dass es vor 14 Milliarden Jahren im Ur-Universum nur 24 bis 25 Prozent waren", vermutet Jimenez.

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