Als der berühmte britische Schriftsteller John Ronald Reuel Tolkien, besser bekannt als J.R.R. Tolkien, im Sommer 1914 Die Reise von Eärendel, dem Abendstarb, auf der Farm seiner Tante in England schrieb, hätte er nie gedacht, dass mehr als 100 Jahre später dieser Name entstand wurde als der am weitesten entfernte Stern bezeichnet, der jemals von der Menschheit entdeckt wurde.
Das Hubble-Weltraumteleskop der NASA hat einen außergewöhnlichen neuen Maßstab gesetzt: das Licht eines Sterns zu erkennen, der in den ersten Milliarden Jahren nach der Geburt des Universums im Urknall existierte, und ist damit der entfernteste Einzelstern, der jemals bis zu diesem Datum gesehen wurde.
Der Fund ist ein großer Sprung in die Vergangenheit als mit dem vorherigen Einzelsterne-Rekord. Dies wurde 2018 von Hubble entdeckt. Dieser Stern existierte, als das Universum etwa 4 Milliarden Jahre alt war, oder 30 Prozent seines gegenwärtigen Alters, zu einer Zeit, die Astronomen als „1,5 Rotverschiebung“ bezeichnen. Wissenschaftler verwenden den Begriff „Rotverschiebung“, weil sich das Licht von entfernten Objekten mit der Ausdehnung des Universums auf längere, rötere Wellenlängen ausdehnt oder „verschiebt“, wenn es sich auf uns zubewegt.
Der neu entdeckte Stern ist so weit entfernt, dass sein Licht 12,9 Milliarden Jahre gedauert hat, um die Erde zu erreichen, und es scheint uns, als ob das Universum nur 7 Prozent seines gegenwärtigen Alters hatte, mit einer Rotverschiebung von 6,2. Die kleinsten Objekte, die zuvor in so großer Entfernung gesehen wurden, sind Sternhaufen innerhalb primitiver Galaxien.
„Anfangs haben wir es kaum geglaubt: Es war viel weiter entfernt als der bisher entfernteste Rotverschiebungsstern“, sagte der Astronom Brian Welch von der Johns Hopkins University in Baltimore, Hauptautor des Artikels, der die Entdeckung beschreibt, veröffentlicht am 30. März in der Zeitschrift Nature. Die Entdeckung wurde aus Daten gemacht, die während des Hubble Gravitational Lens Reionization Study (RELICS) -Programms unter der Leitung von Co-Autor Dan Coe am Space Telescope Science Institute, ebenfalls in Baltimore, gesammelt wurden.
„Normalerweise sehen ganze Galaxien in diesen Entfernungen kleine Punkte, an denen sich das Licht von Millionen von Sternen vermischt“, sagte Welch. „Die Galaxie, in der sich dieser Stern befindet, wurde durch Gravitationslinsen zu einem langen Halbmond verzerrt, den wir Arc of Dawn nennen.“ Nachdem er die Galaxie im Detail untersucht hat, verlängert Welch, dass eines der Elemente ein extrem vergrößerter Stern ist, den er Earendel nannte, was im alten Englisch „Morgenstern“ bedeutet. Die Entdeckung verspricht eine unerforschte Ära sehr früher Sternentstehung zu eröffnen.
„Eerendel existierte vor so langer Zeit, dass es möglicherweise nicht die gleichen Rohstoffe hatte wie die Sterne um uns herum heute“, erklärte Welch. „Das Studium von Eerendel wird ein Fenster in eine Ära des Universums sein, mit der wir nicht bekannt sind, aber das führte zu allem, was wir wissen. Es ist, als hätten wir ein sehr interessantes Buch gelesen, aber wir beginnen mit dem zweiten Kapitel, und jetzt haben wir die Möglichkeit zu sehen, wie alles begann „, sagte Welch.
Wenn sich die Sterne ausrichten
Das Forschungsteam schätzt, dass Eerendel mindestens das 50-fache der Masse unserer Sonne hat und millionenfach heller ist, was mit den massereichsten bekannten Sternen konkurriert. Aber selbst ein so heller und massereicher Stern wäre ohne die Hilfe des natürlichen Anstiegs, der durch eine riesige Ansammlung von Galaxien, WHL0137-08, erzeugt wird, die zwischen uns und Earendel liegt, unmöglich zu erkennen. Die Masse des Galaxienhaufens verformt das Raumgewebe und erzeugt eine leistungsstarke natürliche Lupe, die das Licht entfernter Objekte dahinter kaum verzerrt und verstärkt.
Dank der seltenen Ausrichtung auf den Galaxienhaufen, die als Vergrößerungslinse dienen, erscheint der Stern Earrendel direkt auf einer Welle im Raum oder ganz in der Nähe davon. Diese Welligkeit, die in der Optik als „Kaustik“ definiert ist, sorgt für maximale Vergrößerung und Helligkeit. Der Effekt ist analog zur wellenförmigen Oberfläche eines Pools, die an einem sonnigen Tag helle Lichtmuster am Beckenboden erzeugt. Die Wellen auf der Oberfläche wirken wie Linsen und fokussieren das Sonnenlicht auf maximale Helligkeit am Boden des Pools.
Durch diese Kaustik hebt sich der Earendel-Stern vom allgemeinen Glühen seiner Heimatgalaxie ab. Seine Helligkeit wird um das Tausendfache oder mehr vergrößert. Derzeit können Astronomen nicht feststellen, ob Eerendel ein Doppelstern ist, obwohl die meisten massereichen Sterne mindestens einen kleineren Begleitstern haben.
Bestätigung mit dem Webb
Astronomen gehen davon aus, dass Earendel auch in den kommenden Jahren stark vergrößert bleiben wird. Es wird vom James Webb-Weltraumteleskop der NASA beobachtet. Die hohe Empfindlichkeit des Webb gegenüber Infrarotlicht ist notwendig, um mehr über Eerendel zu erfahren, da sich sein Licht aufgrund der Ausdehnung des Universums bei längeren Infrarotwellenlängen ausdehnt (zu Rot verschiebt).
„Mit Webb hoffen wir, bestätigen zu können, dass Eerendel tatsächlich ein Stern ist und seine Helligkeit und Temperatur misst“, sagte Coe. Diese werden die Erforschung seines Typs und seines Stadiums im stellaren Lebenszyklus eingrenzen. „Wir hoffen auch, dass dem Arc of Dawn die schweren Elemente fehlen, die sich in späteren Generationen von Sternen bilden. Dies deutet darauf hin, dass Eerendel ein seltener, massiver, metallarmer Stern ist „, sagte Coe.
Die Zusammensetzung von Earendel wird für Astronomen von großem Interesse sein, da sie entstanden ist, bevor das Universum mit den schweren Elementen gefüllt wurde, die von aufeinanderfolgenden Generationen massereicher Sterne erzeugt wurden. Wenn Folgestudien ergeben, dass Earendel ausschließlich aus ursprünglichem Wasserstoff und Helium besteht, wäre dies der erste Beweis für die legendären Sterne von Population III, die angeblich die ersten Sterne sein sollen, die nach dem Urknall geboren wurden. Obwohl die Wahrscheinlichkeit gering ist, gibt Welch zu, dass es ohnehin verlockend ist.
„Mit Webb können wir Sterne sehen, die noch weiter entfernt sind als Eerendel, was unglaublich aufregend wäre“, sagte Welch. „Wir gehen so weit wie möglich zurück. Ich würde gerne sehen, wie Webb Earendels Distanzrekord bricht.“
Diese historische Entdeckung wurde von einem internationalen Forscherteam unter der Leitung von Brian Welch, einem Wissenschaftler an der Johns Hopkins University in den Vereinigten Staaten, gemacht, an dem auch José María Diego teilnahm.
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