Hubble fängt den am weitesten entfernten bisher beobachteten Stern ein

Wir verstehen nicht ganz, wie die ersten Sterne im Universum aussahen. Wir wissen, dass es sich aus Wasserstoff und Helium gebildet haben muss, da die meisten schwereren Elemente erst nach der Entstehung von Sternen entstanden sind. Wir wissen, dass das Fehlen dieser schwereren Elemente die Dynamik der Sternentstehung so verändert hat, dass die ersten Sterne sehr groß waren. Aber wie groß es ist, bleibt eine unbeantwortete Frage.

Jetzt kündigen Forscher an, dass sie der direkten Beobachtung eines dieser Sterne einen Schritt näher gekommen sein könnten. Dank der transversalen Ausrichtung zwischen einem fernen Stern und einem dazwischenliegenden Galaxienhaufen hat die Gravitationsumkehr ein Objekt aufgeblasen, das weniger als eine Milliarde Jahre nach dem Urknall existierte. Das Objekt ist wahrscheinlich entweder ein einzelner Stern oder ein kompaktes System aus zwei oder drei Sternen. Seine Entdecker sagen, dass sie bereits Zeit gebucht haben, um die Beobachtungen mit dem neuesten Weltraumteleskop der NASA weiterzuverfolgen.

Gravitationslinse

Linsen arbeiten, indem sie Materialien so anordnen, dass Licht auf einem gekrümmten Weg durch sie hindurchgeht. Die Schwerkraft, die die Raumzeit selbst verzerrt, kann eine ähnliche Funktion erfüllen, nämlich den Raum so verändern, dass sich das Licht auf einem gekrümmten Weg bewegt. Es gibt viele Beispiele für Gravitationseffekte von Objekten im Vordergrund, die einen linsenähnlichen Effekt erzeugen und das Licht von einem sehr weit dahinter liegenden Objekt vergrößern und/oder verzerren.

Dieser Erfolg veranlasste die Bildung eines Teams namens Reionization Lensing oder RELIKTE. Die Gruppe richtete Weltraumteleskope auf große Gruppen von Galaxien in der Erwartung, dass starke Gravitationsfelder dort wahrscheinlich Linseneffekte erzeugen würden. Das Team sucht nach Objekten aus der Zeit der Reionisierung, als das Licht der ersten Sterne damit begann, Elektronen aus Wasserstoff in interstellarer Materie zu entfernen.

Aufgrund der ungleichmäßigen Verteilung der Materie in der Natur sind Gravitationslinsen ungleichmäßig und erzeugen oft unterhaltsame Effekte und raffinierte Bilder. Unter Verwendung dieser Effekte, zusammen mit Informationen über die Verteilung des Materials im Vordergrund, ist es möglich, eine ungefähre Karte zu erstellen, wo die Linseneffekte am stärksten sind.

Diese Karte kann eine „kritische Linsenkurve“ enthalten, die spezifiziert werden kann, weil die meisten Hintergrundobjekte als zwei Bilder erscheinen, eines auf jeder Seite der Kurve. Aber eine Handvoll Dinge werden auf der gleichen Kurve landen und Sie werden die stärkste Vergrößerung erleben.

Ein Stern

Wie Sie im Bild oben in diesem Artikel sehen können, scheinen sich die meisten Objekte auf der kritischen Kurve der Linse entlang ihrer Länge zu erstrecken, was darauf hindeutet, dass es sich wahrscheinlich um größere Strukturen wie Galaxien oder Sternhaufen handelt. Die durch den Pfeil gekennzeichnete Ausnahme ist WHL0137-LS. Die Forscher nannten ihn Earendel, den altenglischen Begriff für Morgenstern, weil er anscheinend auf den Morgen des Universums zurückgeht, etwa 900 Millionen Jahre nach dem Urknall.

Verschiedene Modelle von Linseneffekten geben an, dass das Earendel um einen Faktor von mindestens 1000 vergrößert wird – möglicherweise sogar bis zu 40 000. Basierend darauf ist es möglich, die Größe des zu objektivierenden Objekts zu begrenzen. Diese Grenzen zeigen, dass seine maximal mögliche Größe kleiner ist als die der zuvor identifizierten Sternhaufen, was bedeutet, dass Earendel wahrscheinlich ein kleines Sternensystem mit drei oder weniger Sternen ist. Es könnte auch 1 Stern sein.

Auch wenn Earendel ein Mehrsternsystem ist, endet der größte Teil der Masse dieser Systeme tendenziell in einem der Sterne. Unter der Annahme, dass das meiste, was sie betrachteten, ein einzelner Stern war, leiten die Forscher seine Eigenschaften aus dem Licht ab, das ursprünglich im ultravioletten Bereich emittiert wurde. Sie fanden heraus, dass Earndels Masse zwischen dem 40- und 500-fachen der Sonnenmasse liegen kann. Es enthält auch nur etwa 10 Prozent der schwereren Elemente, die in der Sonne vorkommen.

Genauere Angaben sind derzeit nicht möglich. Die Forscher gaben jedoch an, dass sie das Webb-Teleskop verwenden werden, um den genauen Sterntyp zu bestimmen.

Basierend auf der geschätzten Zeit, die Earndel schon da ist, und dem Vorhandensein von zumindest einigen der schwereren Elemente, können wir sagen, dass es nicht einer der ersten Sterne im Universum ist. Aber während des Starts von Webb stellten die Wissenschaftler fest, dass das Teleskop frühe Sternhaufen abbilden könnte, wenn es auch ausreichend abgebildet würde.

Wir werden in naher Zukunft mehr über diese Bildgebungstechnologie hören.

Natur2022. DOI: 10.1038/s41586-022-04449-y (Über DOIs).