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Wie haben massereiche Sterne frühe Galaxien geprägt?
Massereiche Sterne prägen junge Galaxien mit Strahlung, Sternwinden und späteren Supernovae. Die neue TEMPOS-Stichprobe aus 29 O-Sternen zeigt, dass ihre Windgeschwindigkeit mit sinkender Metallizität abnimmt und unter rund zehn Prozent des Sonnenwerts möglicherweise besonders stark einbricht. Der Befund könnte deshalb Modelle der ersten Galaxien und ihrer Entwicklung verändern.
Salt Lake City (U.S.A.). Massereiche O-Sterne leben nur wenige Millionen Jahre, setzen aber enorme Mengen Energie frei und schleudern Materie in ihre Umgebung. Wie stark diese Rückkopplung ausfällt, hängt auch von der chemischen Zusammensetzung der Sterne ab. Gerade für die metallarmen Bedingungen des jungen Universums fehlen bislang jedoch ausreichend große, einheitlich beobachtete Stichproben einzelner O-Sterne.
Als Metallizität bezeichnen Astronomen den Anteil schwererer Elemente jenseits von Wasserstoff und Helium. Solche Elemente liefern viele der Absorptionslinien, über die die Strahlung eines heißen Sterns Materie beschleunigen kann. Bei geringerer Metallizität erwarten Modelle deshalb im Mittel langsamere und schwächere Sternwinde.
„Das ist die wissenschaftliche Motivation hinter dem TEMPOS-Programm: zu verstehen, was in diesen frühen Galaxien geschieht“, erklärt O. Grace Telford.
Forscher der University of Utah um O. Grace Telford haben für das Projekt Treasury of Extremely Metal-Poor O Stars (TEMPOS) Fernultraviolett-Spektren von 29 O-Sternen in sechs nahen Zwerggalaxien zusammengeführt. Zwölf Sterne wurden neu mit dem Cosmic Origins Spectrograph (COS) des Hubble-Weltraumteleskops beobachtet, 17 weitere stammen aus geeigneten Archivdaten. Alle sechs Heimatgalaxien erreichen dabei höchstens etwa 20 Prozent der Sonnenmetallizität.
Die ausgewählten Spektren decken dabei verschiedene Spektraltypen und Leuchtkraftklassen der heißen Sterne ab. In den Linien des dreifach ionisierten Kohlenstoffs bestimmten die Forscher die Endgeschwindigkeit der Sternwinde auf zwei Wegen. Für vier Sterne mit besonders schwachen Windsignaturen ließ sich die modellgestützte Geschwindigkeit nicht zuverlässig bestimmen, sodass für den entsprechenden Vergleich 25 TEMPOS-Sterne übrig blieben.
„Mit nur drei Sternen sieht man diese Trends nicht“, erklärt O. Grace Telford.
Für den Metallizitätsvergleich bezog das Team zusätzlich bereits veröffentlichte Messungen von O-Sternen in der Kleinen und Großen Magellanschen Wolke ein. Damit reicht die betrachtete Skala von ungefähr fünf bis 50 Prozent der Sonnenmetallizität. Innerhalb vergleichbarer Spektraltypen und Leuchtkraftklassen nimmt die typische Endgeschwindigkeit der Winde mit sinkender Metallizität ab.
Die extrem metallarme Gruppe mit höchstens etwa zehn Prozent Sonnenmetallizität liegt jedoch meist deutlich unter dieser sonst relativ glatten Entwicklung. Die Studie wertet dies ausdrücklich als vorläufigen Hinweis darauf, dass die Windgeschwindigkeiten in diesem extrem metallarmen Bereich steiler abfallen könnten. Detaillierte Atmosphärenmodelle für die gesamte Stichprobe sollen erst klären, wie stark sich dieser Effekt bestätigt und welche Massenverlustraten daraus folgen.
„Diese kleine Überraschung in den Daten hat mich wirklich begeistert“, sagt O. Grace Telford.