Auf der Suche nach den ältesten Sternen (German Edition)

Abbildung 3.3 gesehen werden kann, war das Universum zu Frühzeiten noch »metallarm«. Nur wenige Supernova-Generationen hatten zu jener Zeit für eine Elementproduktion gesorgt. Dementsprechend wurden damals Sterne mit extrem niedrigen Metallhäufigkeiten aus diesem metallarmen Gas gebildet. Sie werden als metallarme Sterne bezeichnet.

Abb. 3.3 : Schematische Darstellung der chemischen Entwicklung. Kurz nach dem Urknall wird die primordiale Materie stückweise mit den neu synthetisierten Elementen durch Supernovae und Sternwinde angereichert. Die metallärmsten Sterne entstanden im metallarmen frühen Universum.
    Der Begriff »metallarmer Stern« ist ein grundlegender und sehr gebräuchlicher Ausdruck in der Stellaren Astronomie. Sterne mit einer Metallizität, die niedriger als ein Zehntel von der der Sonne ist, werden generell als metallarm bezeichnet. In vielen Fällen werden wir noch über wesentlich metallärmere Sterne sprechen wie die sogenannten extrem metallarmen Sterne. Sie haben weniger als ein Tausendstel an Z verglichen mit der Sonne. Dies bedeutet, dass nur ca. 0,001% der Atome in diesen Sternen schwerer als Wasserstoff und Helium sind. Um die Metallizitätsklassen zu veranschaulichen, sind in Tabelle 3.1 Definitionen für verschiedene metallarme Sterne aufgelistet.
Tabelle 3.1 : Definitionen für metallarme Sterne

Typ
Definition
Sonne
der Referenzstern
Metallarm
1/10tel des solaren Eisengehalts
Sehr metallarm
1/100stel des solaren Eisengehalts
Extrem metallarm
1/1000stel des solaren Eisengehalts
Ultra metallarm
1/10 000stel des solaren Eisengehalts
Hyper metallarm
1/100 000stel des solaren Eisengehalts
Mega metallarm
1/1 000 000stel des solaren Eisengehalts
    Anhand der Metallizität kann im Prinzip darauf geschlossen werden, ob der Stern eher jung oder eher alt ist. Generell gilt: Je niedriger die Metallizität, desto früher muss der Stern gebildet worden sein. Die Sonne dient uns dabei als Referenzstern und ist als »Nullpunkt« definiert, obwohl sie schon ca. 4,6 Milliarden Jahre alt ist. Dementsprechend gibt es junge Sterne, die eine höhere Metallizität als die Sonne haben. Sie werden oft als supermetallreich bezeichnet, und der höchste bekannte Wert liegt beim Dreifachen des solaren Wertes. Die niedrigste bekannte Metallizität liegt grob bei einem Hunderttausendstel des Sonnenwertes. Genau diese metallarmen Sterne sind die Botschafter des frühen Universums, die uns zurück in die Zeit kurz nach dem Urknall führen.
    Der Erfolg der Stellaren Archäologie basiert auf der grundlegenden Annahme, dass metallarme Sterne aus Gas im frühen Universum gebildet wurden und dieses Gas bis heute in ihren äußeren Schichten unverändert geblieben ist. Indem wir die Sterne als langfristige Gas-Konserven betrachten, können wir noch heute die Zusammensetzung des ursprünglichen Gases bestimmen. Aus dem Verhalten der chemischen Häufigkeiten der verschiedenen Sterne können wir dann die Anreicherungsgeschichte dieses Gases durch die Zeit verfolgen und weitere seiner Eigenschaften ableiten. Indem wir Sterne mit verschiedenen Metallizitäten untersuchen, können wir die chemische Entwicklung des Universums bis hin zur Entstehungszeit der Sonne vor 4,6 Milliarden Jahren und darüber hinaus genau zurückverfolgen. Diese Details der Vergangenheit können nur mit Hilfe von alten, metallarmen Sternen gewonnen werden, was sie zu einem wertvollen Hilfsmittel in der Astronomie macht.
    Diese Informationen liefern wichtige Einblicke in die ersten Sternentstehungsvorgänge und natürlich in die Nukleosyntheseprozesse, die für die Produktion der ersten Metalle verantwortlich waren. Die Bildung von schwereren Elementen aus leichteren wird als Nukleosynthese bezeichnet. Es ist spannend, dem Ursprung der chemischen Elemente auf der Spur zu sein, denn wir Menschen mit ca. 30 Elementen in unserem Körper sind ja das Ergebnis dieses Jahrmilliarden andauernden Produktionsprozesses.

3.3. Element-Nukleosynthese in der kosmischen Küche
    Die Astronomie wird oft als Teilgebiet der Physik betrachtet und somit Astrophysik genant. Aber es gibt noch weitere Arbeitsbereiche, bei denen die Astronomie an andere Wissenschaften angrenzt wie z.B. die Chemie (Astrochemie), die Biologie (Astrobiologie) und natürlich auch an die Informatik (Computersimulationen und statistische Analysen). Das astronomische Forschungsgebiet der alten Sterne ist eng mit den chemischen Elementen und ihrer Entstehung verbunden. Allerdings nicht so sehr mit