Dank der spektroskopischen Daten, die vom NIRSpec-Instrument des James-Webb-Teleskops gesammelt wurden, hat ein Forscherteam vier potenzielle Kandidaten für diese "Schwarzen Sterne" identifiziert. Einer von ihnen, mit dem Namen JADES-GS-z14-0, zeigt eine besonders faszinierende Helium-Absorptionssignatur, die ein indirekter Beweis für eine ungewöhnliche Funktionsweise sein könnte. Diese Beobachtungen stammen aus der JADES-Durchmusterung, die die Tiefen des Universums mit unübertroffener Präzision erforscht und die Analyse der chemischen Zusammensetzung von Objekten in schwindelerregenden Entfernungen ermöglicht.
Das James-Webb-Teleskop analysiert das Licht aus der Frühzeit des Universums
Bildnachweis: NASA / dima_zel
Das Konzept des Schwarzen Sterns wurde erstmals 2007 vorgeschlagen, um zu erklären, wie bestimmte kosmische Strukturen Größen und Helligkeiten erreichen konnten, die den Standardmodellen widersprechen. Im Gegensatz zu gewöhnlichen Sternen, die ihre Energie aus der Kernfusion beziehen, würden diese hypothetischen Objekte durch die Vernichtung Dunkler Materie angetrieben, dieser unsichtbaren Substanz, die den Großteil der Masse des Universums ausmacht. Diese alternative Energiequelle würde es ihnen ermöglichen, kolossale Massen von bis zu einer Million Mal der Sonnenmasse zu erreichen und dabei mit phänomenaler Intensität zu leuchten.
Der Nachweis von Sauerstoff um JADES-GS-z14-0 durch das ALMA-Teleskopnetzwerk in Chile hat jedoch Zweifel unter den Wissenschaftlern gesät, da dieses Element normalerweise von Sternen mit Kernfusion produziert wird. Das Forschungsteam arbeitet nun daran, die maximale Sauerstoffmenge zu bestimmen, die mit dem Szenario der Schwarzen Sterne vereinbar ist, und versucht, eine klare Grenze zwischen diesen exotischen Objekten und klassischen supermassereichen Ursternen zu ziehen.
Die wissenschaftliche Gemeinschaft ist über die tatsächliche Existenz dieser Schwarzen Sterne nach wie vor gespalten. Viele Experten für Sterne der Population III, die allerersten des Universums, halten die für ihre Entstehung notwendigen Bedingungen für zu unwahrscheinlich. Der Hauptstreitpunkt betrifft die Schwierigkeit, diese Objekte von traditionellen supermassereichen Ursternen zu unterscheiden, die trotz grundlegend unterschiedlicher physikalischer Mechanismen ähnliche spektrale Signaturen aufweisen könnten.
Um diese Frage endgültig zu klären, erwägen die Forscher, die Suche nach charakteristischen spektralen Signaturen in der riesigen Datenmenge, die das James-Webb-Teleskop gesammelt hat, zu automatisieren. Nur die Anhäufung zusätzlicher Beobachtungen wird es ermöglichen, festzustellen, ob wir tatsächlich die Entdeckung einer neuen Klasse kosmischer Objekte miterleben oder lediglich eine besondere Erscheinungsform der bereits bekannten Ursterne.
Dunkle Materie, Antrieb der Schwarzen Sterne
Die Dunkle Materie macht etwa 85 % der gesamten Materie im Universum aus, aber ihre genaue Natur bleibt eines der größten Rätsel der modernen Kosmologie. Im Gegensatz zur gewöhnlichen Materie, die mit Licht wechselwirkt, emittiert oder absorbiert diese unsichtbare Substanz keine elektromagnetische Strahlung, was sie extrem schwer direkt nachzuweisen macht.
Im Rahmen der Schwarzen Sterne würden sich die Teilchen der Dunklen Materie vernichten und dabei Energie nach dem Prinzip E=mc² erzeugen. Dieser Prozess würde eine beträchtliche Menge an Energie freisetzen, die einen ausreichenden gravitativen Kollaps der Gaswolke zur Einleitung der Kernfusion verhindern würde.
Der Hauptvorteil dieses Mechanismus liegt in seiner außergewöhnlichen Langlebigkeit. Während klassische Sterne ihren nuklearen Brennstoff in einigen Millionen bis Milliarden Jahren erschöpfen, könnte ein Schwarzer Stern theoretisch unbegrenzt leuchten, solange er über eine Versorgung mit Dunkler Materie verfügt, da sein Kern nicht durch die Erzeugung schwerer Elemente "kontaminiert" wird.
Diese Hypothese eröffnet Perspektiven für das Verständnis der Entstehung der ersten kosmischen Strukturen und könnte einige rätselhafte Beobachtungen erklären, wie die Existenz von zu massereichen Galaxien, die in einem dafür zu jungen Universum entdeckt wurden.
Sterne der Population III, kosmische Urahnen
Die Sterne der Population III bilden die erste Generation von Himmelskörpern, die nach dem Urknall entstanden sind und ausschließlich aus Wasserstoff, Helium und Spuren von Lithium bestehen. Ihre Erforschung ist von großer Bedeutung für das Verständnis der chemischen Evolution des Universums, da sie durch Nukleosynthese die ersten schweren Elemente produziert haben.
Diese Ursterne hätten sich in einer sehr unterschiedlichen Umgebung zum heutigen Universum gebildet, aus reinen Gaswolken ohne Elemente, die schwerer als Helium sind. Diese besondere Zusammensetzung führte wahrscheinlich zur Entstehung extrem massereicher Himmelskörper, deren Eigenschaften sich radikal von denen heutiger Sterne unterscheiden.
Die Suche nach Sternen der Population III stellt eine erhebliche technische Herausforderung dar, da ihre Lebensdauer relativ kurz war und sie vor über 13 Milliarden Jahren erloschen sind. Das James-Webb-Teleskop bietet mit seiner außergewöhnlichen Empfindlichkeit im Infrarotbereich erstmals die Möglichkeit, diese Objekte direkt zu beobachten.
Die Unterscheidung zwischen Schwarzen Sternen und klassischen Sternen der Population III beruht auf subtilen spektralen Signaturen und Unterschieden in ihrer zeitlichen Entwicklung, was hochentwickelte theoretische Modelle und Beobachtungen von sehr hoher Präzision erfordert.