Bevor das Universum so aussehen konnte, wie es sich uns jetzt präsentiert, mussten erst mal jede Menge andere Dinge passieren. Es musste vor allem erst einmal die ganzen unterschiedlichen chemischen Elemente entstehen. Nach dem Urknall selbst waren ja nur die beiden einfachsten Elemente vorhanden: Wasserstoff und Helium. Alles andere musste erst im Inneren von Sternen fusioniert werden. Die allerersten Sterne, die nur ein paar hundert Millionen Jahre nach dem Urknall entstanden sind, bestanden also nur aus Wasserstoff und Helium, waren enorm groß und enorm kurzlebig. Sie erzeugten die ersten neuen chemischen Elemente und verteilten sie bei den Supernova-Explosionen am Ende ihres Lebens überall im All. Die Sterne der nachfolgenden Generationen bestanden dann schon aus mehr als nur dem ursprünglichen Wasserstoff und Helium. Und die großen Gaswolken aus denen sie entstanden, enthielten so viele andere Elemente, dass es auch noch für die Bildung von Planeten – und zumindest hier auf der Erde auch für Lebewesen – gereicht hat. Bis jetzt hatte allerdings noch niemand die allerersten Sterne auch tatsächlich beobachtet. Wie gesagt: Bis jetzt!
David Sobral von der Universität Lissabon und seinen Kollegen ist nun aber genau das anscheinend gelungen (“Evidence for PopIII-like stellar populations in the most luminous Lyman-α emitters at the epoch of re-ionisation: spectroscopic confirmation”). Sie haben einen beobachterischen Nachweis für Sterne der Population III gefunden! Diese Bezeichnung ist ein wenig verwirrend: Die jüngsten Sterne der aktuellen Generation zu der auch unsere Sonne gehört werden in der Astronomie zur “Population I” gezählt. Die älteren Sterne der Generation davor sind die “Population II” und die allerersten Sterne des Universums eben die “Population III”. Wie so oft hat diese etwas unlogische Notation historische Gründe und man hat sie bis jetzt nicht geändert. Aber egal wie die Sterne nun heißen: Es war und ist enorm schwer, sie zu finden.
Das hat einerseits mit der schon erwähnten kurzen Lebensdauer dieser Sterne zu tun. Sie waren groß, sie brannten heiß und daher schnell und beendeten ihr Leben schon nach wenigen Millionen Jahren. Andererseits sind sie auch schwer zu beobachten, weil das Universum damals noch anders ausgesehen hat als heute. Ich habe ja früher schon oft über die Hintergrundstrahlung geschrieben (zum Beispiel hier). Dabei handelt es sich um das allererste Licht des Universums, das nicht von Sternen stammt, sondern noch quasi vom Urknall selbst. All die Strahlung, die im jungen Universum vorhanden war, konnte sich nicht ausbreiten, weil der Kosmos von lauter Atomkernen und freien Elektronen angefüllt war, die den Weg des Lichts blockiert haben. Erst als das Universum nach knapp 400.000 Jahren weit genug abgekühlt war und die Teilchen sind langsam genug bewegten, konnten sich Atomkerne und Elektronen zu den ersten Elementen – Wasserstoff und Helium – verbinden und der Weg war frei für das Licht.
Bild: NASA
Dieses Ereignis nennt man “Rekombination”. Das Weltall wurde quasi durchsichtig; das Licht konnte sich ausbreiten. Ansonsten gab es damals aber noch nichts – keine Sterne, keine Galaxien: Nur große Wolken aus Wasserstoff und Helium. Und genaugenommen konnte sich das Licht auch nicht völlig frei ausbreiten. Lichtteilchen mit der richtigen Energie konnten von den Wasserstoffatomen aufgenommen werden. Dadurch wurden sie angeregt und in einen höheren energetischen Zustand versetzt. Licht mit genau dieser speziellen Wellenlänge war der Weg also immer noch versperrt. Das änderte sich erst, als die ersten Sterne entstanden waren. Mit ihrer Strahlung konnten die Atome im All wieder reionisiert werden. Das heißt, die energiereiche Strahlung der Sterne riss die Elektronen wieder von den Atomkernen weg. Mittlerweile war das Universum aber schon viel größer als in der Zeit vor der Rekombination. Auch wenn nun Atomkerne und Elektronen wieder voneinander getrennt waren, war die Dichte zu gering, um das Licht wesentlich aufzuhalten. Diese Reionisierungsepoche begann ungefähr 100 bis 200 Millionen Jahre nach dem Urknall und endete eine Milliarde Jahre später. Jetzt war das “dunkle Zeitalter” des Universums endgültig vorbei. Es war durchlässig für das Licht und es gab Sterne und Galaxie, die in ihm leuchten konnten.
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