Und es ward Licht!

Astronomen ist es gelungen, mit dem Very Large Telescope der ESO die mit Abstand hellste Galaxie im frühen Universum zu entdecken. Außerdem fanden sie deutliche Hinweise darauf, dass sich darin Exemplare der ersten Generation von Sternen versteckt halten. Diese massereichen, hell leuchtenden und zuvor rein theoretischen Objekte haben die ersten schweren Elemente im Universum erzeugt – Elemente, die notwendig für die Entstehung die Sterne waren, die uns heute umgeben, ebenso wie für die Planeten, die sie umkreisen und das Leben, wie wir es kennen. Die neu entdeckte Galaxie mit der Bezeichnung CR7 ist drei Mal so hell wie die hellste bisher bekannte ferne Galaxie.

Astronomen haben lange über die Existenz von Sternen der ersten Generation diskutiert, die Population-III, die aus der Ur-Materie, die vom Urknall stammte, entstanden sind. Alle schwereren chemischen Elemente – wie Sauerstoff, Stickstoff, Kohlenstoff und Eisen, die für das Leben unentbehrlich sind – wurden im Inneren von Sternen gebildet. Das bedeutet, dass die ersten Sterne aus den einzigen Elementen entstanden sein müssen, die vor diesen Sternen existierten: Wasserstoff, Helium und Spuren von Lithium.

Diese Sterne der Population-III wären gewaltig gewesen – mehrere hundert- oder sogar tausendfach massereicher als die Sonne – glühend heiß und kurzlebig; und sie wären als Supernovae nach gerade einmal zwei Millionen Jahren explodiert. Aber bis heute ist die Suche nach einem Beweis für ihre physikalische Existenz ergebnislos gewesen.

Ein Team, angeführt von David Sobral vom Observatório Astronómico de Lisboa und der Sternwarte Leiden, nutzten nun das VLT, um die Reionisa­tions­epoche – etwa 800 Millionen Jahre nach dem Urknall – genauer unter die Lupe zu nehmen. Anstatt sich bei ihren Beobachtungen nur auf einen kleinen Ausschnitt des Himmels zu beschränken, erweiterten sie den Beobachtungs­bereich, um die bislang umfangreichste Bestandsaufnahme weit entfernter Galaxien zu erstellen.

Durchgeführt wurde die weitreichende Untersuchung mit dem VLT, mit dem W.-M.-Keck-Observatorium, dem Subaru-Teleskop und dem Hubble-Weltraumteleskop. Das Team entdeckte und bestätigte eine große Zahl überraschend heller sehr junger Galaxien. Eine von ihnen, CR7, entpuppte sich als ein außergewöhnlich seltenes Objekt und ist mit Abstand die hellste Galaxie, die je in dieser Phase des Universums beobachtet wurde. Allein schon durch die Entdeckung von CR7 und anderen hellen Galaxien war die Untersuchung bereits ein voller Erfolg, eine weitere Inaugenschein­nahme lieferte allerdings zusätzliche überraschende Neuigkeiten: Die VLT-Instrumente X-Shooter und SINFONI fanden starke Strahlung von ionisiertem Helium in CR7, aber – und das war ausschlaggebend und überraschend zugleich – keinerlei Anzeichen schwerer Elemente in einem hellen Teil der Galaxie. Dies ist der erste brauchbare Hinweis auf Haufen von Sternen der Population-III innerhalb einer Galaxie im frühen Universum.

„Diese Entdeckung übertraf unsere anfänglichen Erwartungen, da wir nicht damit gerechnet hatten, eine solch helle Galaxie zu finden“, erklärt David Sobral. „Dann, als wir das Wesen von CR7 Stück für Stück enthüllten, verstanden wir, dass wir nicht nur die mit Abstand leucht­kräftigste entfernte Galaxie gefunden hatten, sondern begannen auch zu realisieren, dass sie jedes einzelne Merkmal besaß, das man von Sternen der Population-III erwartet. Das sind diejenigen Sterne, die die ersten schweren Atome gebildet haben, aufgrund welcher wir letztlich überhaupt existieren. Noch aufregender geht es wirklich nicht.“

Innerhalb von CR7 wurden blauere und etwas rötlichere Sternhaufen gefunden, die darauf hinweisen, dass die Entstehung von Sternen der Population-III – wie vorhergesagt – in Wellen stattfand. Bei dem, was das Team direkt beobachten konnte, handelte es sich um die letzte Welle von Population-III-Sternen, was darauf hindeutet, dass solche Sterne einfacher zu finden sein sollten, als ursprünglich gedacht: Sie befinden sich inmitten normaler Sterne in helleren Galaxien und nicht nur in den frühesten, kleinsten und dunkelsten Galaxien, die so lichtschwach sind, dass sie nur sehr schwer zu beobachten sind.

Um Zweifel auszuräumen, ob es sich tatsächlich um Sterne der Population-III handelt, und um nach weiteren Exemplaren zu suchen und sie zu identifizieren, sind weitere Beobachtungen mit dem VLT, ALMA und dem Hubble-Teleskop geplant.

ESON / DE