Sterne mit einem sehr geringen Anteil an Elementen schwerer als Wasserstoff und Helium sind für die Astronomie von besonderer Bedeutung. Sie stammen aus einer frühen Zeit des Universums und bieten so einen raren Einblick in die Entstehung der ersten Strukturen. Ein Team um den Astronomen Alexander P. Ji und Studenten von der University of Chicago hat nun den bislang »reinsten« bekannten Stern identifiziert. Über den Rekordfund berichtet die Gruppe im Fachjournal »Nature Astronomy«.

Der Stern SDSS J0715-7334 liegt etwa 80 000 Lichtjahre entfernt im südlichen Sternbild Fliegender Fisch (lateinisch: Volans) und gehört zur Klasse der Roten Riesen. Mit weniger als 0,8 Sonnenmassen und einer Oberflächentemperatur von rund 4400 Grad Celsius ist er kühler und masseärmer als die Sonne, besitzt jedoch ein deutlich größeres Volumen – typisch für Sterne in diesem späten Entwicklungsstadium. Entdeckt wurde er in Daten des fünften Sloan Digital Sky Survey (SDSS-V); hochauflösende Spektralaufnahmen der Magellan-Teleskope in Chile bestätigten seine außergewöhnliche Natur.

Was SDSS J0715-7334 hervorhebt, ist seine geringe Metallizität. Der Gehalt an Elementen schwerer als Wasserstoff und Helium ist um rund das 20 000-Fache (0,005 Prozent) geringer als bei unserer Sonne. Damit besteht der Stern zu etwa 99,99993 Prozent aus Wasserstoff und Helium. Den bisherigen Rekordhalter SDSS J1029+1729, einen Zwergstern im Halo der Milchstraße, unterbietet er um etwa das Doppelte. Besonders auffällig sind die extrem geringen Mengen an Eisen und Kohlenstoff.

Schwere Elemente konnten im jungen Universum erst im Inneren der ersten, besonders massereichen und ursprünglich metallfreien Sterne der Population III entstehen und bei deren gewaltvollen Explosionen im All verteilt werden. SDSS J0715-7334 gehört zur folgenden Population II, deren Sterne sich nur wenige Milliarden Jahre nach dem Urknall gebildet haben. Durch den Abgleich seiner Elementhäufigkeiten mit theoretischen Modellen konnte das Team seinen Vorläuferstern rekonstruieren: Es handelte sich vermutlich um einen Stern von etwa 30 Sonnenmassen, dessen Supernova ausreichte, um das Material, aus dem sich SDSS J0715-7334 bildete, leicht anzureichern.

Tatsächlich ist er so metall- und massearm, dass er nach klassischen Modellen gar nicht entstanden sein sollte. Sein Gehalt an Kohlenstoff und Sauerstoff ist zu niedrig, als dass in der Gaswolke, aus der sich SDSS J0715-7334 bildete, thermische Energie in Strahlung umgewandelt und abgeführt werden konnte. Die Gravitationswirkung war zu gering, um die Materie zu einem Stern zu verdichten.

Der Fund stützt daher die Theorie der Staubkühlung, bei der winzige Partikel im frühen Kosmos die Wärme des Gases absorbieren und abstrahlen und so den Kollaps von Gaswolken zu massearmen, extrem metallarmen Sternen ermöglichen. Dies setzt voraus, dass bereits sehr früh im Universum genügend Staub durch die ersten Supernovae gebildet wurde.

Besonders bemerkenswert ist außerdem die Dynamik von SDSS J0715-7334: Der Stern entstand vermutlich in der Großen Magellanschen Wolke und löste sich vor Millarden Jahren aus deren gravitativen Einflussbereich. Modellrechnungen seines Orbits zeigen, dass er sich fortan im Halo der Milchstraße weiterbewegen wird (siehe »Stellare Migration«). Er ist ein seltener »galaktischer Immigrant« unter den bisher bekannten metallarmen Sternen.