Ralf Krauter: Was genau passierte eigentlich, als im Universum das allererste Mal das Licht anging? In jener Phase also, als sich gigantische Gaswolken erstmals zu Vorläufern von Sternen zusammenklumpten, in denen später das Sonnenfeuer zünden sollte. Eine Computersimulation japanischer Forscher liefert jetzt neue Einblicke in diese kosmische Erleuchtung. Welche genau, das wollte ich von Volker Bromm wissen, einem Astronomieprofessor von der Universität Texas in Austin. Meine erste Frage an ihn: Wieso interessieren sich Astronomen für die Geburt von Sternen, die schon vor Milliarden Jahren wieder erloschen sind?
Volker Bromm: Es ist unglaublich spannend, sich zu überlegen, dass es eine Zeit in der Geschichte des Universums gab vor vielen Milliarden Jahren, wo es überhaupt keine Sterne gab. Also ein Universum, das ganz anders war als unser heutiges Universum, wo wir natürlich sehr viele Sterne haben, 100 Milliarden Sterne allein in der Milchstraße. Es gab also diese frühe Zeit unmittelbar nach dem Urknall, was wir kosmische Dunkelzeit nennen, ohne jeden Stern und ohne jede Quelle von Licht. Und deswegen ist es eben für uns so extrem wichtig zu verstehen, wann und wie sich die allerersten Sterne gebildet haben, die dann zum Ende dieser Dunkelzeit führten.
Krauter: Auf dem Videobildern, die man sich runterladen kann auf der Seite des Fachmagazins "Science", da sind so Blasen zu sehen, die wie eine Art Schweizer Käse aus einem uniformen Hintergrund herauspoppen. Das ist sozusagen die Geburt der ersten Sternvorläufer?
Bromm: Genau. Das ist, was wir dann auch in der Analogie der Dunkelzeit die kosmische Renaissance nennen. Was man eben auch auf diesen Bildern sehen kann und was man auch in den Computersimulationen, die wir machen, sehen kann, ist eben, dass ganz plötzlich, ganz schnell sich dann diese Blasen ausbilden. Das ist ein bisschen so, wie wenn man betrachtet eine Großstadt kurz vor Einbruch der Dunkelheit. Am Anfang gibt es nur einige wenige Lichter, und dann plötzlich gehen immer mehr Lichter an und dann plötzlich gibt es die ganze Stadt hell erleuchtet. Es ist so ein Lawineneffekt.
Krauter: Woraus haben sich die ersten Sterne gebildet?
Bromm: Aus dem Material, das im Urknall gebildet wurde. Dieses Material ist chemisch ganz primitiv, ganz einfach: nur Wasserstoff und Helium.
Krauter: Welche wirklich neuen Erkenntnisse bringt diese Simulation jetzt? Da wurde ja ein Großrechner in Japan relativ lange beschäftigt. Was ist jetzt wirklich neu aus der Sicht des Experten?
Bromm: Schon seit einigen Jahren haben wir einen theoretisches Modell, dass wir glauben, dass die allerersten Sterne, die sich im Universum gebildet haben aus einfach nur Wasserstoff und Helium, dass diese Sterne viel massereicher waren als die Sonne, vielleicht 100 Mal die Masse der Sonne hatten. Aber jetzt, die neue Rechnung, die von der japanischen Gruppe gemacht wurde, hat quasi noch mit größerem physikalischem Realismus und mit noch größerer Auflösung, mit noch größerer Rechnerkraft diese Vorhersage sehr elegant bestätigt. Das Problem, das wir immer haben bei der Sternentstehung, ist: Wir wollen quasi einen Stern bilden von ganz kleinen Kernen dann zum endgültigen Stern. Und man kann das mit der Analogie vergleichen, wenn man ein Hochhaus baut. Man fängt an mit dem Grundgerüst, und dann baut man Stufe für Stufe das Gebäude auf. So ist es eben auch mit den Sternen. Man fängt an mit dem Fundament, und dann trägt man Schicht um Schicht auf, um dann einen sehr schweren Stern am Ende aufzubauen. Die bisherigen Rechnungen haben quasi in der Analogie des Hochhauses sagen wir mal im ersten, zweiten Stock angefangen. Und wir haben niemals wirklich dann ganz unten im Fundament anfangen können. Der Beitrag der Japaner hat jetzt quasi dann mit großer Eleganz und mit großer Genauigkeit das Fundament gelegt. Jetzt können wir wirklich beim Fundament anfangen und dann die Sterne Schritt für Schritt aufbauen.
Krauter: Und der Charme der Untersuchung dieser ganz frühen Sterne besteht auch darin, dass die Umgebung damals, die physikalischen Gesetze, relativ simpel waren, man sie also besser verstehen kann als das, was später kam und komplizierter war?
Bromm: Das ist genau richtig. Die Gesetze der Sternentstehung sind so kompliziert, dass wir noch keine vollständige Theorie haben für die Entstehung von Sternen in der Milchstraße, zum Beispiel die Entstehung unserer eigenen Sonne. Aber die Hoffnung ist dann, dass im frühen Universum in der Tat die Bedingungen, die anwendbaren physikalischen Gesetze, so viel einfacher waren, dass wir wirklich dann, wie wir sagen, von den ersten Prinzipien der Physik ausgehend einen Stern aufbauen können.
Krauter: Also ein wichtiger Schritt für die Grundlagenforschung. Was wäre der nächste? Die Zündung des Sternenfeuers im Computer? Das ist ja bisher noch nicht passiert in den Simulationen.
Bromm: Der nächste Schritt ist jetzt, von dem Fundament, dass die Japaner gelegt haben, was wir nennen: die Akkretion des Sterns zu behandeln. Das heißt, das Auftragen der weiteren Schichten. Schicht für Schicht dann einen großen Stern aufzubauen und dann in der Tat, wie Sie sagten, den Moment zu simulieren, wenn in der Tat die Kernfusion im Sterninneren zum ersten Mal einsetzt.
Volker Bromm: Es ist unglaublich spannend, sich zu überlegen, dass es eine Zeit in der Geschichte des Universums gab vor vielen Milliarden Jahren, wo es überhaupt keine Sterne gab. Also ein Universum, das ganz anders war als unser heutiges Universum, wo wir natürlich sehr viele Sterne haben, 100 Milliarden Sterne allein in der Milchstraße. Es gab also diese frühe Zeit unmittelbar nach dem Urknall, was wir kosmische Dunkelzeit nennen, ohne jeden Stern und ohne jede Quelle von Licht. Und deswegen ist es eben für uns so extrem wichtig zu verstehen, wann und wie sich die allerersten Sterne gebildet haben, die dann zum Ende dieser Dunkelzeit führten.
Krauter: Auf dem Videobildern, die man sich runterladen kann auf der Seite des Fachmagazins "Science", da sind so Blasen zu sehen, die wie eine Art Schweizer Käse aus einem uniformen Hintergrund herauspoppen. Das ist sozusagen die Geburt der ersten Sternvorläufer?
Bromm: Genau. Das ist, was wir dann auch in der Analogie der Dunkelzeit die kosmische Renaissance nennen. Was man eben auch auf diesen Bildern sehen kann und was man auch in den Computersimulationen, die wir machen, sehen kann, ist eben, dass ganz plötzlich, ganz schnell sich dann diese Blasen ausbilden. Das ist ein bisschen so, wie wenn man betrachtet eine Großstadt kurz vor Einbruch der Dunkelheit. Am Anfang gibt es nur einige wenige Lichter, und dann plötzlich gehen immer mehr Lichter an und dann plötzlich gibt es die ganze Stadt hell erleuchtet. Es ist so ein Lawineneffekt.
Krauter: Woraus haben sich die ersten Sterne gebildet?
Bromm: Aus dem Material, das im Urknall gebildet wurde. Dieses Material ist chemisch ganz primitiv, ganz einfach: nur Wasserstoff und Helium.
Krauter: Welche wirklich neuen Erkenntnisse bringt diese Simulation jetzt? Da wurde ja ein Großrechner in Japan relativ lange beschäftigt. Was ist jetzt wirklich neu aus der Sicht des Experten?
Bromm: Schon seit einigen Jahren haben wir einen theoretisches Modell, dass wir glauben, dass die allerersten Sterne, die sich im Universum gebildet haben aus einfach nur Wasserstoff und Helium, dass diese Sterne viel massereicher waren als die Sonne, vielleicht 100 Mal die Masse der Sonne hatten. Aber jetzt, die neue Rechnung, die von der japanischen Gruppe gemacht wurde, hat quasi noch mit größerem physikalischem Realismus und mit noch größerer Auflösung, mit noch größerer Rechnerkraft diese Vorhersage sehr elegant bestätigt. Das Problem, das wir immer haben bei der Sternentstehung, ist: Wir wollen quasi einen Stern bilden von ganz kleinen Kernen dann zum endgültigen Stern. Und man kann das mit der Analogie vergleichen, wenn man ein Hochhaus baut. Man fängt an mit dem Grundgerüst, und dann baut man Stufe für Stufe das Gebäude auf. So ist es eben auch mit den Sternen. Man fängt an mit dem Fundament, und dann trägt man Schicht um Schicht auf, um dann einen sehr schweren Stern am Ende aufzubauen. Die bisherigen Rechnungen haben quasi in der Analogie des Hochhauses sagen wir mal im ersten, zweiten Stock angefangen. Und wir haben niemals wirklich dann ganz unten im Fundament anfangen können. Der Beitrag der Japaner hat jetzt quasi dann mit großer Eleganz und mit großer Genauigkeit das Fundament gelegt. Jetzt können wir wirklich beim Fundament anfangen und dann die Sterne Schritt für Schritt aufbauen.
Krauter: Und der Charme der Untersuchung dieser ganz frühen Sterne besteht auch darin, dass die Umgebung damals, die physikalischen Gesetze, relativ simpel waren, man sie also besser verstehen kann als das, was später kam und komplizierter war?
Bromm: Das ist genau richtig. Die Gesetze der Sternentstehung sind so kompliziert, dass wir noch keine vollständige Theorie haben für die Entstehung von Sternen in der Milchstraße, zum Beispiel die Entstehung unserer eigenen Sonne. Aber die Hoffnung ist dann, dass im frühen Universum in der Tat die Bedingungen, die anwendbaren physikalischen Gesetze, so viel einfacher waren, dass wir wirklich dann, wie wir sagen, von den ersten Prinzipien der Physik ausgehend einen Stern aufbauen können.
Krauter: Also ein wichtiger Schritt für die Grundlagenforschung. Was wäre der nächste? Die Zündung des Sternenfeuers im Computer? Das ist ja bisher noch nicht passiert in den Simulationen.
Bromm: Der nächste Schritt ist jetzt, von dem Fundament, dass die Japaner gelegt haben, was wir nennen: die Akkretion des Sterns zu behandeln. Das heißt, das Auftragen der weiteren Schichten. Schicht für Schicht dann einen großen Stern aufzubauen und dann in der Tat, wie Sie sagten, den Moment zu simulieren, wenn in der Tat die Kernfusion im Sterninneren zum ersten Mal einsetzt.