Schwarze Löcher nutzen, um in die Zeit zurückzureisen und die ersten Sterne des Universums zu entdecken

Die ersten Sterne des Universums, bekannt als Populations-III-Sterne, konnten bisher nicht beobachtet werden. Eine neue Methode, um sie zu entdecken, könnte dies ändern – unter Verwendung von... schwarzen Löchern.


Kurz nach dem Urknall bildeten sich die ersten Sterne, die hauptsächlich aus Wasserstoff und Helium bestanden. Diese Populations-III-Sterne waren riesig, extrem heiß und hatten eine kurze Lebensdauer. Sie synthetisierten die Elemente, die schwerer als Wasserstoff und Helium sind, und waren entscheidend für die Bildung der nachfolgenden Sterne und Galaxien. Ihre direkte Entdeckung blieb jedoch aufgrund ihrer enormen Entfernung für unsere Teleskope unzugänglich.

Ein Forscherteam der Universität Hongkong (HKU) hat eine Methode entwickelt, um diese ersten Sterne zu entdecken. Unter der Leitung von Professorin Jane Lixin DAI fand das Team heraus, dass Populations-III-Sterne durch Gezeitenkräfte zerrissen werden können, wenn sie einem massereichen schwarzen Loch zu nahe kommen. Dieses Ereignis, bekannt als "Tidal Disruption Event" (TDE), erzeugt helle Lichtblitze, die über Milliarden von Lichtjahren hinweg beobachtet werden können.

Die Forscher zeigten, dass sich diese entfernten Lichtblitze durch ihre verlängerte Dauer aufgrund der Expansion des Universums und durch ihre Rotverschiebung auszeichnen, wenn sie die Erde erreichen. Die emittierten Photonen werden während ihrer langen Reise gedehnt, wodurch der Anstieg und der Abfall der Blitze verlängert werden. Diese Merkmale ermöglichen es, TDEs von Populations-III-Sternen von denen jüngerer Sterne zu unterscheiden.

Die Weltraumteleskope James Webb (JWST) und Nancy Grace Roman der NASA sind besonders gut geeignet, um diese Infrarotemissionen zu erkennen. Das Roman-Teleskop hat insbesondere die Fähigkeit, gleichzeitig einen großen Teil des Himmels zu beobachten und die Tiefen des primitiven Universums zu erforschen. Dies macht es zu einem vielversprechenden Instrument zur Erkennung der Lichtblitze von TDEs der Populations-III-Sterne.

Janet Chang, Doktorandin an der HKU, schätzt, dass mehrere Dutzend dieser Ereignisse jährlich vom Roman-Teleskop entdeckt werden könnten, wenn eine geeignete Beobachtungsstrategie umgesetzt wird.

Diese Fortschritte bieten Perspektiven, um die ersten Sterne des Universums und die Prozesse der Bildung schwerer Elemente zu verstehen. Es gibt jedoch noch Herausforderungen, insbesondere die Notwendigkeit optimierter Beobachtungsstrategien und die Bestätigung der Signaturen von TDEs in den Daten.