Wenn Sie morgens Ihre Kaffeetasse in der Hand halten, greifen Sie nach Elementen wie Kohlenstoff, Sauerstoff und Silizium. Lange Zeit ging die Wissenschaft davon aus, dass das Universum Milliarden von Jahren langsamer Nukleosynthese brauchte, um diese schwere Materie anzusammeln. Der kosmische Kochtopf musste – so die bisherige Lehrmeinung – sehr lange köcheln, um genügend Baustoffe für Gesteinsplaneten wie die Erde bereitzustellen. Eine im August 2026 in den Astrophysical Journal Letters veröffentlichte Simulation kommt jedoch zu einem verblüffenden Ergebnis: Bereits rund 100 Millionen Jahre nach dem Urknall waren das Grundgerüst und das Wasser für die Planetenbildung komplett vorhanden.
Baumaterialien bereits 100 Millionen Jahre nach dem Urknall bereit
Hundert Millionen Jahre klingen nach einer langen Zeit, doch im Kontext der 13,8 Milliarden Jahre langen kosmischen Geschichte entspricht dies den ersten Lebenstagen eines Neugeborenen. Bisher nahm die Astrophysik an, dass das Universum zu dieser Zeit eine karge Wüste war, in der nur Wasserstoff und Helium schwebten, und dass die Entstehung von Planeten erst nach vielen Hundert Millionen oder gar Milliarden Jahren einsetzen konnte.
Die neue Modellrechnung wirft diesen Zeitplan über den Haufen. Als das Universum erst 0,7 % seines heutigen Alters erreicht hatte, konnten sich bereits Planetesimale – die felsigen Bausteine und Keimzellen von Planeten – bilden. Der Startschuss für Planeten verschiebt sich damit um mehrere Größenordnungen nach vorne.
Abb.: Sternenfeld 100 Millionen Jahre nach dem Urknall. Quelle: NOIRLab/NSF/AURA/J. da Silva
Gigantische Pioniere verteilten Materialien durch Supernovae
Diese erstaunliche Baugeschwindigkeit ist einer Generation gigantischer Sterne zu verdanken. Die allerersten Sterne des Universums (Population III) besaßen nur eine sehr kurze Lebensdauer. Die massereichsten unter ihnen endeten in einer Paarinstabilitäts-Supernova – einer gewaltigen Explosion, die weder ein Schwarzes Loch noch einen Neutronenstern als Überrest hinterlässt.
Sie zerrissen sich selbst vollständig und schleuderten auf einen Schlag mehr als das 100-fache der Sonnenmasse an Kohlenstoff, Sauerstoff, Eisen und anderen schweren Elementen in den Raum. Diese Baustoffe kontaminierten direkt benachbarte urtümliche Gaswolken. Die enorme Gravitation ließ die Gaswolke kollabieren, woraufhin ein kleiner Stern entstand, umgeben von einer staub- und metallreichen Akkretionsscheibe. Das Material in dieser Scheibe reichte aus, um mehrere Planetenembryos von der Masse der Erde zu formen.
Abb.: Illustration der durch Supernovae ausgestoßenen Planetenrohstoffe. Quelle: University of Portsmouth
Urzeitliche Staubscheiben speicherten riesige Wassermengen
Neben Gestein entdeckte das Modell in diesen uralten Staubscheiben überraschenderweise auch erhebliche Mengen an Wasser. Das Wasservorkommen lag nur wenige Male unter den Werten, die bei der Entstehung unseres Sonnensystems herrschten. Auf den Umlaufbahnen, auf denen erdähnliche Planeten entstehen, war reichlich Wasser vorhanden.
Für die Erforschung des Ursprungs des Lebens ist dies eine fundamentale Erkenntnis. Jarrett Johnson, Astrophysiker am Los Alamos National Laboratory, betont: „Die Rohstoffe, die für Leben notwendig sind, waren fast in dem Moment zur Stelle, als das Universum sie physikalisch überhaupt bereitstellen konnte.“ Das Vorhandensein von Material bedeutet zwar nicht automatisch das sofortige Auftreten von Leben, aber die Bühne dafür wurde weitaus schneller bereitet als je zuvor angenommen.
Abb.: Simulationsgrafik zur Entstehung von Gesteinsplaneten. Quelle: Science News
Suche nach den Überlebenden in der Milchstraße
Diese Simulationen hinterlassen Spuren, die sich heute beobachten und überprüfen lassen. Im Modell besitzt der neugeborene Stern, der von der Planetenentstehungsscheibe umgeben ist, lediglich etwa 0,7 Sonnenmassen. Solch massearme Sterne brennen extrem langsam und können problemlos bis in unsere heutige Zeit überlebt haben.
Der Astronom Daniel Whalen von der University of Portsmouth argumentiert, dass Wissenschaftler diese urzeitlichen Systeme an ihrer ungewöhnlichen chemischen Zusammensetzung erkennen könnten, falls sie in die Milchstraße eingegliedert wurden und bis heute überdauert haben. Das Auffinden eines einzigen kleinen Sterns mit einer solchen anomalen Zusammensetzung würde ausreichen, um zu beweisen, dass das Universum bereits in seiner frühesten Kindheit mit der Planetenbildung begann.
Die Entstehung von Gesteinsplaneten im Universum begann viel früher als bislang gedacht. Nur 100 Millionen Jahre nach dem Urknall düngten die Sterne der ersten Generation den Kosmos durch ihre Selbstzerstörung mit schweren Elementen und Wasser – und stellten die Bausteine für Gesteinswelten zu Beginn der Zeit bereit.
Referenz-Links:
- Science News Bericht
- The Astrophysical Journal Letters Arbeit
- Sci.News Bericht
- Phys.org Bericht
