Das Zeitalter der Schwarzen Sterne

Womöglich leuchteten die ersten Sterne gar nicht im sichtbaren Bereich: nach Berechnungen von US-Forschern spielte Dunkle Materie bei ihrer Bildung eine stärkere Rolle als bisher vermutet.

Heute vor 13 Milliarden Jahren herrschte eine recht explosive Stimmung im Universum. Eben war es erst in einer gigantischen Explosion entstanden, dem Big Bang, Strukturen, wie wir sie heute kennen, existierten noch nicht.

Seine Zusammensetzung muss aber schon dem mittlerweile deutlich ruhigeren Kosmos entsprochen haben, der sich in der Gegenwart um uns ausbreitet. Das heißt auch: sichtbare Materie stellt nur vier Prozent des Universums dar. 23 Prozent rechnet man der so genannten Dunklen Materie zu, der Rest ist Dunkle Energie. Über diese Verhältnisse sind sich die Wissenschaftler großteils einig - sie erklären auch, warum das Weltall in dem Tempo auseinanderstrebt, das es nun mal messbar an den Tag legt.

So könnte ein Dunkler Stern ausgesehen haben, wenn man ihn im Infrarot-Spektrum betrachtete. Der Kern (rot) ist von Wolken aus Helium- und Wasserstoffgas umgeben. Bild: University of Utah

Worüber man sich jedoch bisher wenig Gedanken gemacht hat, das ist die Rolle der Dunklen Materie in der Kinderstube des Universums. Hat sie sich fein aus der Erziehung herausgehalten, sind die heutigen Strukturen ohne ihr Zutun zustande gekommen? Wegen der damaligen Größen- und Dichtenverhältnisse scheint das nicht sehr wahrscheinlich. US-Forscher der University of Utah haben nun in einer Studie für die Physical Review Letters untersucht, wie das Universum damals tatsächlich ausgesehen haben könnte.

Die Theorie geht bisher davon aus, dass sich im Nachhall der Riesenexplosion feinste Wirbel in der kosmischen Strahlung bildeten, die zu lokalen Dichteunterschieden führten. Die Materie begann, sich an diesen Stellen zusammenzuklumpen. In dem Maße, wie sich Helium- und Wasserstoffatome in Wolken sammelten, kühlten sich die Teilchen ab. Die Wolken schrumpften dadurch allmählich - bis an einem bestimmten Zeitpunkt die Dichte groß genug war, dass die Kernfusion einsetzen konnte, die noch heute die Sterne antreibt.

Wo passt in dieses Modell die Dunkle Materie? Die Wissenschaftler um Paolo Gandolo gehen davon aus, dass sie die Zusammenballung zu den ersten Sternen verzögerte. Die Neutralinos der Dunklen Materie könnten sich gegenseitig annihiliert haben, dabei Quarks, Antiquarks und Wärme produzierend. Dieser Prozess hinderte, wenn das Simulationsmodell der Forscher stimmt, die riesigen Gaswolken daran, weiter zu schrumpfen und klassische Sterne zu bilden. Rund 80 bis 100 Millionen Jahre nach dem Big Bang prangten stattdessen Dunkle Sterne am Himmel, die nur im Infrarotbereich strahlten. Sie müssen 400- bis 200.000-mal größer als die Sonne gewesen sein. Die Prozesse in ihrem Inneren setzten allerdings auch Gammastrahlung, Protonen und Antiprotonen frei - um harmlose Giganten handelte es sich nicht.

Das Modell des Forscherteams hat drei wesentliche Auswirkungen. Es erklärt einerseits die Bildung schwerer Elemente auf neue Weise. Zweitens könnte es bei der Suche nach Dunkler Materie helfen - Gamma- und andere Strahlung, die aus einem solchen Stern kommt, hätte ganz charakteristische Eigenschaften. Und drittens könnte es erklären, warum sich Schwarze Löcher schon so früh in der Evolution des Universums bildeten - nach der bisherigen Theorie ist das nicht richtig erklärbar. Theoretisch könnte das Universum, meinen Gandolo und Kollegen, noch immer Dunkle Sterne beherbergen. Ob sich der Prozess der Neutralino-Annihilation und der Abkühlung der Gaswolke die Waage halten können, hängt aber wesentlich von der Masse der Neutralinos ab. Und da man diese hypothetischen Bestandteile der Dunklen Materie noch nie beobachten konnte, kann man in die Computermodelle sehr frei jeden beliebigen Wert einsetzen.

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