Auf der Suche nach den ältesten Sternen (German Edition)

frühen Universum muss Europium also in sehr verschiedenen Mengen hergestellt worden sein.
    Wahrscheinlich ist dies nicht die einzige Erklärung für das Häufigkeitsdurcheinander dieser Elemente. Momentan wird heftig spekuliert, ob es noch weitere Prozesse gibt, die z.B. nur die leichteren der Neutroneneinfang-Elemente herstellen können. Der grobe Unterschied des Verhaltens dieser beiden Elementgruppen verdeutlicht aber eines: Die Produktion aller Neutroneneinfangelemente ist völlig unabhängig von der Synthese der leichteren Elemente bis hin zu Eisen.

5.3. Kosmo-Chronometrie: Die ältesten Sterne
    Obwohl die Kugelsternhaufen nicht ganz so metallarm sind wie die metallärmsten Sterne im Halo unserer Milchstraße, so gehören sie doch zu den ältesten Objekten im Kosmos. Da alle Sterne im Kugelsternhaufen zur gleichen Zeit aus demselben Material entstanden sind und sich nur durch ihre verschiedenen Massen unterscheiden, lässt sich das Alter des Haufens auf einfache Art und Weise bestimmen. Kapitel 6 beschreibt diese auf dem Hertzsprung-Russell-Diagramm basierende Methode. Da die Sterne im Universum nicht älter sein können als das Universum selbst, setzt das Alter der Kugelsternhaufen eine untere Grenze für das Alter des Universums.
    In einem umfassenden Schulprojekt habe ich das Alter von verschiedenen Kugelsternhaufen auf diese Art und Weise einmal selbst bestimmt und mich vom damals gültigen Wert von 12 bis 14 Milliarden Jahren selbst überzeugen können. Das Alter des Universums wurde damals noch auf 15 Milliarden Jahre geschätzt.
    Erst 2003 ist berechnet worden, dass das Universum 13,7 Milliarden Jahre alt ist. Dieses Alter basiert auf der Analyse der vom Urknall hinterlassenen kosmischen Hintergrundstrahlung, die mit dem WMAP-Satelliten vermessen wurde. Neue Ergebnisse des Planck-Satelliten der European Space Agency ergeben seit 2013, dass das Universum 13,8 Milliarden Jahre alt ist. Diese neue, sehr präzise Altersbestimmung ist aber nicht unbedingt ein Problem für die Kugelsternhaufen, die auf einmal älter als das Universum erschienen. Denn alle diese Altersmessungen der Sternhaufen sind mit Unsicherheiten von mehreren Milliarden Jahren behaftet. Neuere Bestimmungen der Kugelsternhaufen liefern aber inzwischen Alter von 10–12 Milliarden Jahren. Diese Werte sind gut mit dem Planck-Alter des Universums verträglich. Damit bleiben sie nach wie vor einige der ältesten bekannten Objekte.
    Die metallärmsten Einzelsterne im Halo unserer Milchstraße entstanden zu einer Zeit, als das Universum noch sehr wenig Metallverschmutzung durch Supernovaexplosionen erfahren hatte, also schon sehr bald nach dem Urknall. Es wird daher vermutet, dass die metallärmsten Sterne, genau wie die Kugelsternhaufen, fast so alt sind wie das Universum. Leider lässt sich das Alter von Einzelsternen in den allermeisten Fällen jedoch nicht bestimmen. Mit einer speziellen Ausnahme: wenn im Stern mehrere verschiedene radioaktive Isotope zerfallen, deren Halbwertszeiten den kosmischen Zeitskalen und somit dem Alter des Sterns ähneln. Denn wenn radioaktives Material zerfällt und der Anfangswert bekannt ist, kann dieser Vorgang als eine Art Uhr dienen. So ähnlich wie Archäologen ihre historischen Funde mit der 14 C-Radiokohlenstoffmethode datieren, können Astronomen so das Alter von Sterngreisen bestimmen.
    Diese Methode funktioniert allerdings nur, wenn sichergestellt werden kann, dass es lediglich eine einzige Quelle für das radioaktive Material gab. Ansonsten ist es unmöglich zu berechnen, wie groß die Anfangsmenge des Materials gewesen sein muss, dessen übrig gebliebener Rest heutzutage gemessen wird.
    In welchen Sternen können nun radioaktive Elemente in messbaren Mengen im Sternspektrum vorgefunden werden, die aus nur einer Quelle stammen? Alte metallarme r-Prozess-Sterne mit Metallizitäten von ~ 1/1000stel der solaren Metallizität sind die Antwort. Denn glücklicherweise können die Häufigkeiten des langlebigen radioaktiven Elements Thorium (Halbwertszeit 14 Milliarden Jahre) in einer Handvoll von r-Prozess-Sternen gemessen werden. Auch Urandetektionen (Halbwertszeit 4,7 Milliarden Jahre) sind inzwischen in einigen wenigen dieser Sternen möglich.
    Die Halbwertszeiten von Thorium und Uran sind ausreichend lang, um Objekte aus dem frühen Universum zu datieren, denn auch nach 13,7 Milliarden Jahren sind noch lange nicht alle diese Isotope zu Blei zerfallen. Weiterhin kann aufgrund der geringen Metallizität