Zurück zur stellaren Urzeit

Bereits im Rahmen der "Hubble Deep Field"- und "Hubble Ultra Deep Field"-Observationen blickten Astronomen in den Jahren 1995, 1998 und 2003/04 bis zu 13 Milliarden Jahre in die Vergangenheit – zurück in die Frühzeit des sichtbaren Universums. Nunmehr hat das NASA-Infrarotfernrohr Spitzer noch tiefer ins All geschaut und im für das menschliche Auge "unsichtbaren" Infrarotbereich einen diffusen Lichtschimmer ausgemacht, der von uralten Sternen herrühren könnte – den ersten, die nach dem Urknall im Universum entstanden sind. Über ihre Studie berichten die Forscher in der aktuellen Ausgabe des britischen Wissenschaftsmagazins "Nature" (Bd. 438).

Der Anblick des Himmels bietet Ungleichzeitiges dar … Vieles ist längst verschwunden, ehe es uns sichtbar wird; vieles war anders geordnet.
Alexander von Humboldt, 1845

Astronomen, Kosmologen, Astrophysiker sind Historiker und Archäologen des Universums. Gefangen und zugleich eingebettet in der Gegenwart, tauchen sie mit jedem Blick durch das Okular tief und direkt in die Vergangenheit des Kosmos ein und begegnen dabei Sternen, Galaxien und Quasaren dergestalt, wie sie einmal zu jenem Zeitpunkt ausgesehen haben, als das Licht sie gerade "verließ".

Vergangene kosmische Gegenwart

Auch wenn für die auf Lichtwellen reitenden Photonen (die zugleich die Lichtwelle sind) selbst keinerlei Zeit vergeht, so dokumentiert doch jedes Photon gleichzeitig den temporären Charakter des Universums, das wiederum selbst kein statisches, sondern ein ausgesprochen historisch gewachsenes Gebilde ist. Schließlich ist jedes Lichtpartikel (jede Lichtwelle), das nach seiner langjährigen einsamen Odyssee durchs photonenarme All auf die Erde trifft, ein mit Informationen bepackter Gesandter aus vergangenen Tagen, den Astronomen sorgfältig zu sezieren wissen. Schauen diese auf den 2,25 Millionen Lichtjahre entfernten Andromedanebel (M 31, präsentiert sich ihnen das Abbild einer kosmo-archaischen Spiralgalaxie, in der viele der dort eingebetteten Sterne ihr Leben längst wieder ausgehaucht haben. Es ist eine Momentaufnahme einer fernen Welteninsel, die zu einer Zeit gemacht wurde, als der Homo rudolfensis, ein Vorfahre des Homo sapiens, gerade seine irdische Blütezeit erlebte.


13 Milliarden Jahre zurück zum Anfang – zurück zum Urknall. Auf der "Hubble Ultra Deep Field"-Aufnahme, dem bislang tiefsten Blick ins All (2003/04), sind rund 10.000 Galaxien zu sehen. (Bild: NASA/ESA/STScI/HUDF)

Was heutige Forscher mit eigenen Augen und Teleskopen erfassen, ist ergo nichts anderes als vergangene Gegenwart des Universums. Sie beobachten am Himmel das Nebeneinander – und wenn sie weiter hinausblicken, gestaffelt in der Zeit, das Nacheinander – von Objekten in verschiedenen Entwicklungszuständen.

Spitzenleistung von Spitzer

Am tiefsten ins All blickte bis vor kurzem noch das NASA-Weltraumteleskop Hubble im Jahr 2003/04 im Rahmen der "Hubble Ultra Deep Field"-Observation. Mehr als elfeinhalb Tage lang fokussierte sich das Fernrohr auf einen winzigen Himmelsausschnitt und tauchte dabei 13 Milliarden Jahre in die Vergangenheit ein. Auf den Astro-Fotos sind 10.000 Galaxien zu sehen, von denen einige einer Zeit entstammen, als das Universum gerade einmal 400 Millionen Jahre alt war. Es sind die am weitesten entfernten und jüngsten Galaxien, die je ins Visier genommen wurden.

Ein tieferer Blick in die Urgeschichte des Kosmos gelang den Forschern trotz mehrfacher Versuche bislang nicht. Auch wenn sich die ersten solaren Vertreter im Universum schon rund 200 bis 400 Millionen Jahre nach dem Urknall gebildet haben, konnte kein Teleskop, kein Astronom die längst erloschenen Sonnen "direkt" beobachten. Selbst aus der so genannten kosmischen Infrarot-Hintergrundstrahlung, die das Universum isotrop und homogen erfüllt, konnten die Forscher bislang noch nicht einmal das kleinste Glimmen der Ursterne herausfiltern.


Spitzer-Bild von einer Himmelsregion im Sternbild Draco, die eine Region von 50 bis 100 Lichtjahre zeigt. Oben präsentierten sich die Sterne und Galaxien, wie sie sich im Optischen offenbaren bzw. von optischen Teleskopen aufgelöst werden. Unten ist die gleiche Region zu sehen. Zuvor hatten Kashlinksy und sein Team allerdings alle "Störquellen" aus dem Bild herausgefiltert. (Bild: : NASA/JPL-Caltech/A. Kashlinsky (GSFC))

Doch diesen Missstand haben jetzt US-Astronomen mithilfe des NASA-Infrarot-Weltraumteleskops Spitzer behoben. Als sie im Sternbild Draco (Drache) einen einzigen Himmelsausschnitt mit der Infrarotkamera des Astro-Fernrohrs zehn Stunden lang anvisierten, lokalisierten sie in der Hintergrundstrahlung ein schwaches Funkeln, das ihrer Meinung nach nur von den allerersten Sonnen im Universum stammen konnte.

Das Licht der ersten stellaren Vagabunden

Wie Alexander Kashlinsky vom Goddard Space Flight Center (GSFC in Greenbelt (US-Staat Maryland) in Nature berichtet, bediente sich sein Team eines Tricks, um aus der für das menschliche Auge unsichtbaren schwachen Strahlung die gewünschte Information herauszufiltern. Via Computer und einer speziellen Software siebten die Astronomen aus den Infrarotbildern alle ihnen bekannten Sterne, Galaxien etc. heraus, die im Vordergrund der Aufnahme zu sehen waren. "Übrig blieb ein Bild ohne Sterne und Galaxien, aber mit einem Infrarot-Glühen dieser gigantischen Blase, bei der wir denken, dass es sich um das Glühen der ersten Sterne handelt", so der NASA-Projektwissenschaftler und Co-Autor des Nature-Beitrages John Mather zur Vorgehensweise des Teams.

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Da auch alle anderen Himmelskörper infrarotes Licht emittieren, das man von der kosmo-urzeitlichen Hintergrundstrahlung bislang nicht trennen konnte, sei man bis ans Limit der Möglichkeiten von Spitzer gegangen. "Wir haben sehr viel Mühe darauf verwendet, andere Quellen für diese Infrarotstrahlung auszuschließen." Jedenfalls ähnelt das Glimmen der vermeintlichen Ursterne nach Ansicht Mathers dem Leuchten einer fernen Stadt, die man aus einem Flugzeug betrachtet. "Diese Flecken könnten das Glühen der ersten Sterne sein."

Vor Äonen verschwunden

Gleichwohl lässt sich nicht mit Bestimmtheit sagen, ob das von Spitzer eingefangene Licht auf die Ursterne oder auf heißes Gas zurückzuführen ist, das von den ersten Schwarzen Löchern des Universums verschluckt wurde. "Wir glauben aber, dass wir das gesammelte Licht von Millionen von Objekten sehen, die sich als erstes im Universum gebildet haben", erklärt Kashlinsky vom GSFC. "Die Objekte sind schon vor Äonen verschwunden, doch ihr Licht reist kreuz und quer durch das Universum."


Das NASA-Infrarot-Weltraumteleskop Spitzer - seit Ende August 2003 im Einsatz. (Bild: NASA/JPL-Caltech)

Die diffusen Lichtquellen, die Spitzer lokalisierte, zeigen einen Ausschnitt von etwa 50 bis 100 Millionen Lichtjahren und sind nach Ansicht der Forscher Sterne vom Typ "Population III". In der Astronomie gelten derlei Objekte als die archaischsten Vertreter ihrer Art. Population-III-Sterne sind – besser gesagt: waren einst – keine Sonnen im herkömmlichen Sinne. Vielmehr bestanden diese Ursterne nur aus den Elementen Wasserstoff, Helium und Lithium, also aus den Urstoffen, die sich unmittelbar nach dem Urknall gebildet hatten. Es waren sehr helle, heiße, dichte und folglich kurzlebige Himmelskörper, die bis zu 100-mal massereicher waren als unser Heimatgestirn.

Zu empfehlen ist die folgende NASA-Animation.

Die Studie "Tracing the first stars with fluctuations of the cosmic infrared background" von Alexander Kashlinsky und Kollegen ist am 3. November 2005 in "Nature" erschienen (Bd. 438, S. 45-50, doi:10.1038/nature04143).

Harald Zaun 10.11.2005
http://sufizmveinsan.com/

Quellen:
www.heise.de