Am Anfang war das Universum so heiß und so dicht, dass das Licht nicht weit wandern konnte. Photonen wurden genauso schnell emittiert, gestreut und absorbiert wie die Photonen im Herzen der hellsten Sterne. Doch mit der Zeit dehnte sich der Kosmos aus und kühlte sich so weit ab, dass er transparent wurde und das Geburtslicht des Urknalls Milliarden von Jahren lang Raum und Zeit durchdringen konnte.
Wir sehen es immer noch als den kosmischen Mikrowellenhintergrund. Als sich das Universum ausdehnte, wurde es dunkel und nur noch mit warmen Wolken aus Wasserstoff und Helium gefüllt. Mit der Zeit zerfielen diese Wolken und bildeten die ersten Sterne, und wieder erfüllte Licht den Himmel.
Keiner der Sterne, die wir heute sehen, gehörte zu diesen ersten Sternen. Moderne Sterne sind reich an Elementen wie Kohlenstoff und Eisen. Schwerere Elemente entstanden nur in Sternkernen und anderen astrophysikalischen Prozessen. Die ersten Sterne haben wir nur aus Wasserstoff und Helium gemacht. Es müssen gewaltige Bestien gewesen sein, deren flüchtiges Leben in strahlenden Supernova-Explosionen endete.
Es sind nur noch ihre Überreste übrig. Es gab mehrere Deep-Sky-Suchen nach diesen ersten Sternen, aber wir haben sie bisher noch nicht gesehen. Es gibt einige indirekte Beweise dafür im fernen Universum, aber wir haben ihr Licht noch nicht gesehen. Nun, a neue Studie gepostet an die arXiv Der Preprint-Server argumentiert, dass das Nancy Grace Roman Space Telescope ihr sterbendes Strahlen einfangen könnte.
Das römische Weltraumteleskop, das offiziell als Wide-Field-Infrarot-Durchmusterungsteleskop (WFIRST) bekannt ist, soll Ende 2026 starten. Wie das JWST wird es den Kosmos im Infrarot beobachten, aber Roman wird über ein breiteres Sichtfeld verfügen. Dadurch kann es das stark rotverschobene Licht der ersten Sterne besser finden. Allerdings weisen die Autoren darauf hin, dass Roman sie angesichts der kurzen Lebensdauer dieser ersten Sterne wahrscheinlich nicht direkt beobachten wird. Sie schlagen stattdessen vor, nach Beweisen dafür zu suchen, dass diese Sterne von einem Schwarzen Loch verschlungen werden.
Konkret schlägt das Team vor, nach sogenannten Tidal Disruption Events (TDEs) zu suchen. Wenn ein Stern in der Nähe eines Schwarzen Lochs vorbeizieht, können die Gezeitenkräfte des Schwarzen Lochs den Stern auseinanderreißen. Dadurch können die Überreste des Sterns über einen großen Bogen verstreut sein. Dieser Vorgang braucht Zeit und erzeugt einen Strom erhitzten Gases.
Die Autoren modellierten die Emissionsspektren dieses Gases für einen Stern der ersten Generation und stellten fest, dass sie eine einzigartige Signatur haben, die über einen beträchtlichen Zeitraum anhält. Ein Großteil des Lichts eines solchen TDE würde im starken Ultraviolettbereich emittiert, aber da es bei einer kosmischen Rotverschiebung von etwa z = 10 auftreten würde, würde das Licht, das wir sehen, ins Infrarote verschoben, was es für JWST und Roman beobachtbar macht Weltraumteleskop.
Die Autoren weisen darauf hin, dass die Häufigkeit, mit der TDEs bei Sternen der ersten Generation auftreten, von mehreren Faktoren abhängt, aber angesichts vernünftiger Schätzungen könnte Roman mit Dutzenden dieser TDEs pro Jahr rechnen. In ein paar Jahren könnten wir also endlich das letzte sterbende Licht der ersten Sterne einfangen.
Mehr Informationen:
Rudrani Kar Chowdhury et al., Erkennung von Sternen der Population III durch Gezeitenstörungsereignisse im Zeitalter von JWST und Roman, arXiv (2024). DOI: 10.48550/arxiv.2401.12752