Die ersten Sterne des Universums — und wie wir sie heute erforschen

Ich sag mal so: Als ich zum ersten Mal von dieser Forschung las, hatte ich tatsächlich eine Gänsehaut. Es geht um nichts Geringeres als die Rekonstruktion der allerersten Sterne — jener Feuerbälle, die buchstäblich das Licht anknipsten nach Milliarden Jahren pechschwarzer Finsternis. Wie krass ist das denn?

Ein Forschungsteam der University of Bath arbeitet dafür mit Kolleginnen und Kollegen aus Paris und Chicago zusammen. Gemeinsam lassen sie hochauflösende Computersimulationen namens MEGATRON laufen. Nein, der Name hat nichts mit den Transformers zu tun — obwohl ich das auch zuerst dachte. Mit diesen Simulationen wollen die Wissenschaftler eine der grundlegendsten Fragen der Astronomie klären: Wie sind wir eigentlich von buchstäblich nichts zu allem geworden, was wir heute sehen?

Zwei Wege in die Vergangenheit

Was mich wirklich fasziniert hat: Die Forscher nutzen zwei völlig verschiedene Ansätze, um das frühe Universum zu studieren — und beide sind auf ihre Art beeindruckend.

Das James-Webb-Weltraumteleskop ermöglicht uns, Galaxien direkt zu beobachten, als das Universum gerade mal 100 bis 200 Millionen Jahre alt war. In kosmischen Maßstäben ist das quasi Babyalter.

Doch es gibt noch einen zweiten Weg, der fast poetisch clever ist. Alte Sterne in unserer eigenen Milchstraße funktionieren wie kosmische Zeitkapseln. Als diese Greise vor Milliarden Jahren starben, hinterließen sie chemische Fingerabdrücke in ihrer Zusammensetzung. Heute können Forscher diese Fingerabdrücke lesen — und so das Tagebuch der ersten Sternengenerationen entschlüsseln. Das wird in der Wissenschaft völlig zurecht mit Fossilien der ersten kosmischen Lebensformen verglichen. Also wirklich — es gibt poetischere Beschreibungen in der Wissenschaft als diese hier.

Was MEGATRON kann

Die Simulationen verfolgen eine junge Galaxie durch ihre Wachstumsphase. Sie modellieren, wie Gas sich bewegt, wie Sternenlicht durch den Raum reist und wie sich verschiedene chemische Elemente über die Zeit anreichern. Gestartet wird mit völlig unverfälschtem Gas — ohne schwere Elemente, genau wie kurz nach dem Urknall. Von dort aus verfolgt das Modell die gesamte Reise durch Sternentstehung, Supernovae und die Ausbreitung neu geschaffener Elemente in spätere Generationen.

Das Besondere an dieser Forschung: Die Wissenschaftler haben entdeckt, dass einfachere Modelle möglicherweise entscheidende Physik übersehen. Mit seiner extrem hohen Auflösung erfasst MEGATRON Strukturen im Gas, die weniger detaillierte Ansätze schlicht nicht sehen können. Das bedeutet: Unsere Vorhersagen darüber, was JWST beobachten sollte, könnten womöglich angepasst werden müssen.

Dr. Martin Rey von der University of Bath fasst es schön zusammen:

„Das James-Webb-Teleskop gewährt uns einen direkten Blick in den frühkindlichen Kosmos, während die Sternenarchäologie uns die Relikte jener frühesten Zeiten in unserer galaktischen Nachbarschaft studieren lässt. MEGATRON schafft eine physische Brücke zwischen beiden Ansätzen."

Dein Körper erzählt kosmische Geschichte

Lass das mal kurz auf dich wirken. Der Kohlenstoff in deinen Knochen, der Sauerstoff, den du gerade einatmest, das Eisen in deinem Blut — all das wurde in Sternen erschaffen. Um zu verstehen, wo diese Elemente herkommen, müssen wir verstehen, wie sich die ersten Sterne bildeten und ihre Umgebung anreicherten. Das ist nicht einfach abstrakte Wissenschaft. Das ist buchstäblich die Geschichte unserer eigenen Herkunft auf atomarer Ebene.

Rechenpower satt

Das Projekt hat übrigens 40 Millionen Prozessorstunden auf den britischen Supercomputern verbraucht. Zum Vergleich: Das ist eine kaum vorstellbare Rechenleistung — und zeigt, wie komplex diese Simulationen sind.

Der Blick nach vorn

Während JWST weiterhin neue Erkenntnisse über frühe Galaxien liefert und Sterndurchmusterungen immer detailliertere Messungen alter Sterne liefern, will das Team MEGATRON kontinuierlich verbessern.

Wir leben gerade in einer faszinierenden Ära, in der verschiedene Methoden der Kosmosforschung endlich zusammenkommen, um eine zusammenhängende Geschichte zu erzählen — eine Geschichte, die vor 13,8 Milliarden Jahren mit einem Knall begann und die letztlich dazu geführt hat, dass du gerade diese Worte liest.

Na, wer sagt noch, Astronomie wäre trocken?