Frühe Galaxien trieben Metalle nach außen – doch die Winde ihrer Sterne könnten schwächer gewesen sein

Zwei Beobachtungen beleuchten die Entwicklung früher Galaxien aus verschiedenen Blickwinkeln: Das James-Webb-Weltraumteleskop (JWST) liefert Hinweise auf metallhaltiges Gas, das sich von drei fernen Galaxien nach außen bewegt. Das Hubble-Weltraumteleskop findet mit dem TEMPOS-Programm überraschend schwache Winde bei massereichen Sternen in nahegelegenen, metallarmen Galaxien. Diese Sterne dienen als Vergleichsobjekte für frühe Sternpopulationen – sie sind keine direkten Beobachtungen der ersten Sterne.45

Woran erkennt man das ausströmende Gas?

In den drei vom JWST-Programm SPURS untersuchten Galaxien mit Rotverschiebungen von 7,2 bis 9,3 zeigen sich im ultravioletten Spektrum Absorptionslinien schwerer Elemente in mehreren Ionisationszuständen. Die Linien sind gegenüber denen der Galaxien ins Blaue verschoben: Das metallhaltige Gas bewegt sich demnach entlang unserer Sichtlinie nach außen. In der Astronomie bezeichnet „Metalle“ alle Elemente, die schwerer sind als Helium.

Die Messung belegt eine solche Bewegung, aber nicht deren Reichweite. Ob das Gas die Galaxien verließ und in den Raum zwischen ihnen gelangte, lässt sich daraus allein nicht bestimmen. Für die Suche nach Sternen der Population III, die aus nahezu metallfreiem Gas entstanden wären, ist das entscheidend: Erreichten die Ausflüsse benachbarte Sternentstehungsgebiete, könnten sie dort ursprüngliches Gas angereichert haben. Metallfreie Regionen andernorts bleiben dennoch möglich.13

Warum sind die Hubble-Ergebnisse überraschend?

TEMPOS wertete Ultraviolett-Beobachtungen von 29 massereichen Sternen in sechs nahegelegenen metallarmen Zwerggalaxien aus. Ihre Sternwinde sind unerwartet schwach. Unterhalb von ungefähr einem Zehntel des solaren Gehalts an schweren Elementen könnte ihre Stärke stärker abfallen, als eine gleichmäßige Fortschreibung der bisherigen Beziehung erwarten ließe. Dieser mögliche Bruch ist noch nicht gesichert.4510

Der Zusammenhang hat eine physikalische Grundlage: Ionen schwerer Elemente können den Impuls der Strahlung an die Sternatmosphäre übertragen und so Gas nach außen treiben. Schwächere Winde würden bedeuten, dass ein Stern im Laufe seines Lebens weniger Masse verliert.3 Allerdings fand eine frühere Untersuchung von elf metallarmen Sternen des O-Typs ebenfalls sehr schwache Winde, deren gemessener Windimpuls mit einer Fortschreibung bisheriger Trends vereinbar war. Stichproben und Modellierungsmethoden müssen daher sorgfältig verglichen werden.15

Was bedeutet das für Modelle früher Galaxien?

Bestätigen weitere Messungen den TEMPOS-Befund, könnten massereiche Sterne vor ihrem Tod mehr Masse behalten als bislang angenommen. Modelle müssten dann ihre Vorhersagen zu Sternexplosionen und kompakten Überresten überprüfen – ebenso die Frage, wie Sterne Energie und Material an das Gas für spätere Sterngenerationen zurückgeben.34

Noch ist das eine mögliche Konsequenz, keine direkt beobachtete Entwicklung: TEMPOS verfolgte die Sterne nicht bis zu ihrem Tod, und SPURS bestimmte nicht, welche Prozesse die Ausflüsse der fernen Galaxien auslösten. Der Ausfluss einer ganzen Galaxie und der Wind eines einzelnen Sterns sind nicht dieselbe Messung. Weitere Spektren und Modelle können den möglichen Trend schwacher Winde prüfen. Tiefere JWST-Beobachtungen besonders metallarmer Kandidaten könnten Hinweise auf Population III untersuchen; zusätzliche Messungen am Gas früher Galaxien könnten klären, wohin die beobachteten Metalle gelangten.51013