Der Galaktische Haufen von Abell 2744 ist 3,5 Milliarden Lichtjahre von uns entfernt und hat eine Kapazität von mehr als 400 Galaxien. Die kombinierte Schwerkraft aller Galaxien bewirkt, dass der Cluster als Linse fungiert, durch die Wissenschaftler die Bildung der ersten Sterne sehen möchten.
Etwa 200-400 Millionen Jahre nach dem Urknall tauchten die ersten Sterne auf. Aufgrund ihrer Abgeschiedenheit bleiben sie für den Erdbeobachter unzugänglich, doch nach dem Start des NASA-Weltraumteleskops James Webb können sich die Dinge im Jahr 2020 ändern.
Die ersten Sterne sind für Forscher wichtig, da sie wertvolle Informationen über die Eigenschaften des frühen Universums liefern können. Es wäre möglich zu verstehen, ob Doppelsterne häufig oder nur Einzelsterne sind. Und auch, wie viele schwere chemische Elemente von der ersten Generation erzeugt wurden und wie sie gebildet wurden.
Schwerkraftvergrößerungslinse
Der erste Schritt basiert auf der Infrarotempfindlichkeit des James Webb-Teleskops. Die ersten Sterne waren groß, heiß und emittierten UV-Strahlen. Sie sind jedoch so weit entfernt, dass die universelle Auflösung ihren Peak von UV zu viel längeren IR-Wellenlängen verschoben hat.
Der zweite Schritt besteht darin, die kombinierte Schwerkraft des galaktischen Zwischenhaufens als Linse zu verwenden, die das Licht der Sterne der ersten Generation fokussiert und erhöht. Typische Gravitationslinsen können das Licht um das 10–20-fache erhöhen, dies reicht jedoch nicht aus. Für Webb sollte der Anstieg mehr als das 10.000-fache betragen. Um einen solchen Anstieg zu erreichen, sind Transite erforderlich - spezielle Ausrichtungen, bei denen das Sternenlicht über mehrere Wochen signifikant ansteigt, während der galaktische Cluster zwischen der Erde und dem Stern driftet.
Viel Glück Spiel
Wie wahrscheinlich ist diese Ausrichtung? Astronomen sagen, dass die Chancen sehr gering sind. Außerdem ist jede Ätzung asymmetrisch, was zu einem starken Anstieg führt, wenn sich der Stern einerseits nähert, andererseits jedoch viel vager. Das heißt, je nach Seite ist der Stern für einige Stunden oder Monate heller. Nach dem Höhepunkt der Helligkeit verschwindet es wieder.
Das Hauptmerkmal der ersten Sterne ist, dass sie aus einer Mischung von Wasserstoff und Helium des frühen Universums ohne schwere chemische Elemente wie Kohlenstoff, Sauerstoff, Eisen und Gold entstanden sind.
Wissenschaftler zeigen Sterne nach Temperatur und Helligkeit im Diagramm an. Die meisten sind entlang der Hauptsequenz. Die Sonne (unten rechts) hat eine Lebenserwartung von 6,4 Milliarden Jahren. Die erste Generation ist glühend heiß und wächst in wenigen Millionen Jahren zu einer Supernova-Explosion heran
Die Akkretionsscheibe um die nach dem Urknall gebildeten primären Schwarzen Löcher kann zu einem weiteren sichtbaren Objekt werden. Schwarze Löcher wären das endgültige evolutionäre Ergebnis der massiven ersten Sterne. Wenn die Sterne in einem binären System wären, würde man ein Schwarzes Loch werden, gespeist durch Gas vom Satelliten und eine flache Scheibe bilden. Eine Akkretionsscheibe zeigt ein anderes Spektrum als der erste Stern, da sie durch die Ätzung läuft und eine verbesserte Helligkeit bei kürzeren Wellenlängen vom heißen, innersten Teil der Scheibe erzeugt.
Wissenschaftler haben bereits mehrere potenzielle Ziele ausgewählt, darunter den galaktischen El Gordo-Cluster. Das Team hofft auf viel Glück und lange Suche (die ganze Zeit, die Arbeitsweise von James Webb).
Außerhalb von Webb
Das James Webb-Weltraumteleskop wird ein echtes technisches Wunder sein, aber es wird nicht ewig dauern. Zum Beispiel ist Hubble seit 1990 in der Umlaufbahn und wurde fünfmal von Astronauten gewartet. Webb soll sich in einer Entfernung von 1,5 Millionen Kilometern von der Erde befinden, und die Arbeitszeit wird zunächst auf 5-10 Jahre berechnet (sie kann bis zu 15 Jahre betragen). Eine Wartung ist jedoch nicht vorgesehen.
Daher ist geplant, auf einem hohen und trockenen Gipfel des Las Campanas-Observatoriums (Chile) ein neues Teleskop zu bauen. Dieser Ort ist ideal für die IR-Überwachung. Im Jahr 2026 wird das GMT (Giant Magellan Telescope) eine Lichtsammelfläche von 24,5 Metern haben, die aus 7 einzelnen Spiegeln besteht. Ab einem bestimmten Zeitraum werden diese Teleskope zusammenarbeiten, sodass die Wissenschaftler alle Möglichkeiten nutzen wollen, um die ersten Sterne zu finden.
