Dramatischer stellarer Zuwachs im Universum

Hubble-Ultra-Deep-Field-Aufnahme (HUDF) von 10.000 Galaxien, die knapp 13 Milliarden Lichtjahre von uns entfernt sind. Auch in ihnen dürften weitaus mehr Sterne ansässig geworden sein wie bis dato angenommen. Credit: NASA, ESA, and S. Beckwith (STScI) and the HUDF Team. Bild: ESA.

US-Astronomen rechnen hoch, dass im Universum mindestens drei Mal so viele Sterne existieren wie bislang angenommen

Nach der Observation von acht "erdnahen" elliptischen Galaxien entdeckten US-Astronomen erstmals zahlreiche extragalaktische Rote Zwergsterne - wider Erwarten sogar 20 Mal mehr Rote Zwerge. Von diesem Wert und alten empirischen Daten ausgehend, extrapolierten die Wissenschaftler. Ihr Ergebnis: Im Universum stellen Rote Zwergsterne 80 Prozent aller Sterne. Hierdurch erhöht sich die totale Anzahl aller Sterne im Kosmos um das Dreifache. Mehr noch: Die Anzahl erdähnlicher Exoplaneten und die Wahrscheinlichkeit außerirdischen Lebens im All steigt gleichzeitig um den Faktor drei.

380.000 Jahre nach dem Urknall (engl. Big Bang) endete die kosmische Tristesse der absoluten Dunkelheit. An einigen Stellen im archaischen Kosmos fingen Teilchen an, sich mit anderen zu dichteren, winzigen Wolken zu formen. Eine völlig neue materielle Qualität eroberte den Kosmos und gewann allmählich die Oberhand. Sonnen entstanden, Sterne entsprangen aus Gaswolken, und gemeinsam begannen sie ihren ewigen Tanz miteinander. Erstmals durchflutete Sternenlicht das All. Rund hundert Millionen Jahre nach dem Urknall, noch inmitten der Phase der Galaxienentstehung, genoss das Universum das erste Sonnenbad. Die ersten Sterne blühten auf und beleuchteten den jungen Kosmos ...

Die beiden "Domes" des Keck-Observatoriums auf Hawaii (USA). Die berühmte Sternwarte liegt auf dem 4200 Meter hohen schlafenden Vulkan Mauna Kea. Bild: NASA/JPL.

Heute, gut 13,7 Milliarden Jahre später, vermag kein irdischer Forscher genau zu berechnen, wie viele Sterne und Galaxien derweil das photonenarme Universum mit Licht durchfluten. Während Pessimisten zirka 100 Milliarden Sterne in unserer Milchstraße und 100 Milliarden weitere "Milchstraßen" im All vermuten, geht die Fraktion der Optimisten von bis zu eine Billion Sterne pro Galaxie und annähernd 500 Milliarden Welteninseln im All aus.

Doch nunmehr sieht es danach aus, als hätten selbst die Optimisten in der Vergangenheit um einige Nuancen zu schwarzmalerisch extrapoliert. Denn wie US-Astrononen im aktuellen Fachmagazin Nature (2. Dezember 2010) berichten, könnten mindestens drei Mal so viele Sterne die samtene Schwärze des Universums erhellen. In vielen der 500 Milliarden Galaxien könnten im Schnitt mehr als drei Billionen Sterne beheimatet sein.

Im Virgo-Galaxienhaufen treiben bis zu 2000 Galaxien. Vier davon observierten Dokkum und sein Team. Bild: Digitized Sky Survey, Palomar Observatory, STScI.

Auf den neu ermittelten optimistischen Wert kam ein US-Astronomenteam unter der Leitung von Pieter van Dokkum, der an der Yale Universität in New Haven (Connecticut) forscht und lehrt. Rote Zwergsterne spielten bei der Studie die Hauptrolle.

Im April dieses Jahres nahmen die Forscher einen Tag lang mit dem "Low-Resolution Imaging Spectrometer" (LRIS) des Keck-I-Teleskops auf Hawaii (USA) acht massereiche und relativ erdnahe elliptische Galaxien ins Visier. Dass sich die Forscher strikt auf elliptische Galaxien fokussierten, hängt mit einigen, für die Observation günstigen Eigenschaften dieser Galaxienklasse zusammen. Schließlich emittieren diese eher kugelförmig aufgebauten Materioasen aus dem Zentrum am stärksten. Ferner zeichnen sie sich durch ihr hohes Alter aus und sind im Universum allgegenwärtig. In reichen Galaxienhaufen etwa stellen sie die Hälfte aller Galaxien. Und zu guter Letzt zählen sie kosmosweit zu den größten Galaxien, die bisweilen sogar bis zu eine Billion Sterne besitzen.

Während der Observation der 50 bis 300 Millionen Lichtjahre entfernten acht Galaxien, von denen vier im Virgo- und weitere vier im Coma-Galaxienhaufen untersucht wurden, interessierten sich die Astronomen ausschließlich für die jeweilige galaktische Zentralregion.

Zu ihrer Überraschung lokalisierten sie in den elliptischen Galaxien mit dem Keck-Spektrometer auffallend viele schwache stellare Lichtsignaturen, die von Roten Zwergsternen stammten. Dabei zeigte sich, dass besagte Sterne nur 10 bis 20 Prozent der Sonnenmasse hatten. "Keiner wusste, wie viele Sterne es dort gab", erklärt Pieter van Dokkum von der Yale Universität, der das Projekt leitete. "Verschiedene theoretische Modelle sagten ein sehr breites Spektrum an Möglichkeiten voraus."

Aufnahme des Coma-Clusters. In diesem Galaxienhaufen driften mehr als 1000 Welteninseln. Vier davon observierten Dokkum und sein Team. Bild: NASA, JPL-Caltech, SDSS, Leigh Jenkins, Ann Hornschemeier (Goddard Space Flight Center) et al..

Rote Zwerge sind Hauptreihensterne des Spektraltyps M, weshalb sie auch unter dem Namen M-Zwergsterne firmieren. Ihre Masse variiert zwischen 8 und 57 Prozent der Sonnenmasse. Neben unserer Sonne wurde ein Roter Zwerg seinem Namen zur Ehre gereichen, weist er doch im Schnitt 15 Prozent des Sonnenradius auf. Dieses kleine Handicap gleichen M-Zwergsterne durch ihre stellare Omnipräsenz aus, stellen sich doch 75 Prozent aller Sterne in der Milchstraße. Obendrein werden sie alt, sehr alt, weil sie kalt, licht- und massearm sind. Nach Hochrechnungen von Kosmologen kann dieser Sterntyp, der durchschnittlich 50 Mal schwächer als unsere Sonne leuchtet, ein Alter von bis zu 50 Billionen Jahren erreichen. Da sie als kosmische Dauerbrenner ausschließlich im rötlichen Licht und Infrarot auf Sparflamme emittieren, strahlen sie derart schwach, dass Astronomen sie in anderen Galaxien bislang nicht detektieren konnten. Über die genaue Anzahl Roter Zwerge in erdnahen oder fernen Sternoasen konnten sie bis vor kurzem nur mutmaßen.

Portrait eines Roten Zwergsterns, so wie ihn ein Künstler sich "ausmalt". Bild: NASA.

Gäbe es ein Ranking für die im Produzieren von Sonneneruptionen effektivsten Sterne, gebührte dieser stellaren Sonderklasse fraglos ein Spitzenplatz. Einen Spitzenwert erreicht insbesondere die von ihnen emittierte UV-B- und Röntgenstrahlung. Jeder planetare Begleiter sähe sich - ob dieser massereich oder massearm wäre - nicht nur hoher Hitze und höchst lebensfeindlicher solarer Strahlung gegenüber, sondern würde auch infolge der stellaren starken Gravitation synchron rotieren und somit seiner Sonne immer dieselbe Seite zeigen.

Das Fazit, das die Forscher nach der eintägigen Beobachtungssequenz zogen, ist radikal und zeigt das Universum zumindest in numerisch-stellarer Hinsicht von einer neuen Seite. Charlie Conroy vom Harvard-Smithsonian Center für Astrophysics in Cambridge (Massachusetts), der ebenfalls an der Beobachtung teilnahm, bestätigt diesen Sachverhalt gegenüber Telepolis:

Wir stellten fest, dass alle massereichen Galaxien, die wir studierten, annähernd 20 Mal mehr schwachleuchtende Rote Zwerge als die Milchstraße (Galaxis) aufweisen.

Bild: NASA.

Ausgehend von diesem neuen überraschenden Wert, der sich vorerst nur auf die innergalaktische Region beschränkte und basierend auf den gängigen astronomisch-empirischen Daten, rechneten die Forscher den Zuwachs der Sterne in den äußeren Bereichen der Galaxien hoch. Dabei kristallisierte sich heraus, dass auch hier ein 20-facher Zuwachs an kleinen Roten Zwergsternen zu erwarten ist. Damit nicht genug. Die Forscher extrapolierten fleißig weiter und widmeten sich dem bunten Treiben der Sterne im gesamten Universum. Hierzu Charlie Conroy:

Wenn in elliptischen Galaxien im Gegensatz zur Milchstraße 20 Mal mehr Rote Zwerge vorhanden sind, dann müssen hier auch im Gegensatz zur Milchstraße zehn Mal so viele Sterne aller Arten existieren. Wenn wir annehmen, dass ungefähr ein Drittel aller Galaxien massereiche elliptische Galaxien sind, kommen wir auf einen Wert von 10/3. Demnach besitzt das Universum zirka drei Mal mehr Sterne als wir vor kurzem noch dachten.

Man gehe für gewöhnlich davon aus, dass andere Galaxien wie unsere aussehen, betont Conroy. Daher habe diese Entdeckung einen nachhaltigen Einfluss auf unser Verständnis für die Entstehung, Evolution und Anordnung von Galaxien.

Die nunmehr vorliegenden Daten könnten aber auch einen Hinweis darauf geben, dass in allen Galaxien weitaus weniger Dunkle Materie enthalten ist, weil es dort weitaus mehr Rote Zwergsterne und somit grundsätzlich mehr stellare Masse gebe, so das Keck-Team.

Mehr Sterne im Universum bedeutet auch, dass die Anzahl planetarer Gasriesen und erdähnlicher Welten desgleichen enorm ansteigt. Bild: NASA/JPL.

Die Erkenntnis, dass drei Mal mehr Sterne im Weltraum existieren und dass davon 80 Prozent Rote Zwergsterne sind, könnte auch die Exoplanetenforschung und Exobiologie beflügeln. Denn dank der neuen stellaren Inflation müsste auch zwangsläufig die Anzahl erdähnlicher Planeten im Universum steigen, vermutet Dokkum. Dies gelte ebenso für alle habitablen Welten mit Lebensformen. Schließlich seien die neu entdeckten extragalaktischen Roten Zwergsterne als typische Vertreter ihrer Klasse mehr als 10 Milliarden Jahre alt und existieren somit lang genug, um Leben hervorgebracht zu haben. Rote Zwergsterne könnten somit eine Schlüsselrolle einnehmen. "Es gibt möglicherweise Billionen von ‚Erden', die um solche Sterne kreisen", so Dokkum. "Dies ist ein Grund dafür, warum sich viele für diesen Sterntyp interessieren."

Zu den größten Interessenten indes gehören schon seit einigen Jahren die SETI-Enthusiasten, die nach wie vor nach außerirdischen Radio- und Lichtsignalen fahnden. Dass Rote Zwerge als kühlere astrale Vertreter bei ihnen derzeit heiß begehrt sind, resultiert daher, dass Astronomen in deren unmittelbarer Umgebung bislang mehrere Exoplaneten gefunden haben. Allein der erdnahe Rote Zwerg Gliese 581 geriert sich als Paradebeispiel eines M-Zwergsterns wie er leibt und lebt.

Position von Gliese 581 Bild: NASA/JPL.

Immerhin kann der 20,4 Lichtjahre von der Erde entfernte und im Vergleich zu unserer Sonnen 500 Mal schwacher strahlende und nur ein Drittel so massereiche Stern auf einen mindestens fünfplanetaren Anhang verweisen. Selbst erdähnliche Himmelskörper könnten hier weilen (zur Kontroverse um Gliese 581g siehe: Buzz About Gliese 581g: Doubts of Its Existence; Aliens Signals Detected). Kein Wunder also, dass bei SETI inzwischen ein Umdenken stattgefunden hat. Derweil gehen immer mehr ihrer Protagonisten davon aus, dass Planeten, die um Zwergsterne der Kategorie M treiben, durchaus Horte des Lebens sein könnten. Zu dieser Feststellung gelangte zumindest eine interdisziplinäre Forschergruppe in den Jahren 2005 und 2006. Ihr Resümee spricht Bände:

Wir kommen zu dem Schluss, dass M-Zwergsterne in der Tat überlebensfähige Planeten beherbergen, auf denen eine biologische Evolution starten kann. [...] Es macht Sinn, M-Zwergsterne künftig in Programme einzubeziehen, die nach bewohnbaren Welten und Anzeichen von Leben suchen.

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