Kugelsternhaufen sind die massereichsten und ältesten Sternhaufen im Universum. Sie können bis zu 1 Million davon enthalten. Die chemische Zusammensetzung dieser gleichzeitig entstandenen Sterne weist Anomalien auf, die in keiner anderen Sternpopulation zu finden sind. Die Erklärung dieser Besonderheit ist eine der großen Herausforderungen der Astronomie. Nachdem ein Team der Universitäten Genf und Barcelona sowie des Institut d’Astrophysique de Paris (CNRS und Sorbonne-Universität) vermutet hatte, dass supermassive Sterne der Ursprung sein könnten, glaubt es, die erste chemische Spur entdeckt zu haben, die ihre Anwesenheit in Kugelsternen bezeugt Proto-Cluster, entstanden etwa 440 Millionen Jahre nach dem Urknall. Diese Ergebnisse, die dank Beobachtungen des James-Webb-Weltraumteleskops gewonnen wurden, finden sich in Astronomie und Astrophysik.
Kugelsternhaufen sind sehr dichte Ansammlungen von Sternen, die in einer Kugel verteilt sind und deren Radius zwischen einem Dutzend und hundert Lichtjahren variiert. Sie können bis zu 1 Million Sterne enthalten und kommen in allen Arten von Galaxien vor. Bei uns leben etwa 180 davon. Eines ihrer großen Geheimnisse ist die Zusammensetzung ihrer Sterne: Warum ist sie so vielfältig? Beispielsweise variiert der Anteil an Sauerstoff, Stickstoff, Natrium und Aluminium von Stern zu Stern. Sie wurden jedoch alle gleichzeitig in derselben Gaswolke geboren. Astrophysiker sprechen von „Häufigkeitsanomalien“.
Monster mit sehr kurzem Leben
Ein Team der Universitäten Genf (UNIGE) und Barcelona sowie des Institut d’Astrophysique de Paris (CNRS und Universität Sorbonne) hat einen neuen Fortschritt bei der Erklärung dieses Phänomens erzielt. Im Jahr 2018 hatte es ein theoretisches Modell entwickelt, nach dem supermassive Sterne die ursprüngliche Gaswolke während der Bildung dieser Cluster „verschmutzt“ hätten und ihre Sterne auf heterogene Weise mit chemischen Elementen angereichert hätten. „Dank der vom James-Webb-Weltraumteleskop gesammelten Daten glauben wir heute, einen ersten Hinweis auf die Anwesenheit dieser außergewöhnlichen Sterne gefunden zu haben“, erklärt Corinne Charbonnel, ordentliche Professorin in der Abteilung für Astronomie der UNIGE Fakultät für Naturwissenschaften und Erstautor der Studie.
Diese Himmelsmonster sind 5.000 bis 10.000 Mal massereicher und in ihrem Zentrum fünfmal heißer (75 Millionen °C) als die Sonne. Der Nachweis ihrer Existenz ist jedoch komplex. „Kugelsternhaufen sind zwischen 10 und 13 Milliarden Jahre alt, während die maximale Lebensdauer von Supersternen zwei Millionen Jahre beträgt.“ Sie verschwanden daher sehr früh aus den derzeit beobachtbaren Clustern. „Es bleiben nur indirekte Spuren übrig“, erklärt Mark Gieles, ICREA-Professor an der Universität Barcelona und Mitautor der Studie.
Durch Licht enthüllt
Dank der sehr leistungsstarken Infrarotsicht des James-Webb-Teleskops konnten die Co-Autoren ihre Hypothese untermauern. Der Satellit hat das Licht einer der entferntesten und jüngsten bekannten Galaxien unseres Universums eingefangen. GN-z11 liegt etwa 13,3 Milliarden Lichtjahre entfernt und ist nur wenige zehn Millionen Jahre alt. In der Astronomie ist die Analyse des Lichtspektrums kosmischer Objekte ein Schlüsselelement zur Bestimmung ihrer Eigenschaften. Hier hat das von dieser Galaxie emittierte Licht zwei wertvolle Informationen geliefert.
„Es wurde festgestellt, dass es sehr hohe Anteile an Stickstoff und eine sehr hohe Dichte an Sternen enthält“, sagt Daniel Schaerer, außerordentlicher Professor in der Abteilung für Astronomie der UNIGE-Fakultät für Naturwissenschaften und Mitautor der Studie. Dies deutet darauf hin, dass sich in dieser Galaxie mehrere Kugelsternhaufen bilden, die immer noch einen aktiven supermassereichen Stern beherbergen. „Das starke Vorhandensein von Stickstoff kann nur durch die Verbrennung von Wasserstoff bei extrem hohen Temperaturen erklärt werden, die nur der Kern supermassereicher Sterne erreichen kann, wie die Modelle von Laura Ramirez-Galeano, einer Masterstudentin in unserem Team, zeigen.“ “, erklärt Corinne Charbonnel.
Diese neuen Ergebnisse stärken das Modell des internationalen Teams. Der einzige, der derzeit in der Lage ist, die Häufigkeitsanomalien in Kugelsternhaufen zu erklären. Der nächste Schritt für die Wissenschaftler wird darin bestehen, die Gültigkeit dieses Modells anhand der James-Webb-Daten an anderen Kugelsternhaufen zu testen, die in fernen Galaxien entstehen.
