Wissenschaftler haben lange Zeit angenommen, dass die allerersten Sterne durch Fusion angetrieben wurden, und zwar in ähnlichen Prozessen wie die heutigen Sterne. Aber eine neue Theorie taucht auf, um diese Sichtweise in Frage zu stellen. "Die ersten Sterne waren in vielerlei Hinsicht unterschiedlich", sagt Katherine Freese, theoretische Physikerin an der Universität von Michigan, gegenüber PhysOrg.com .

Zusammen mit Douglas Spolyar von der Universität von Kalifornien, Santa Cruz und Paolo Gondolo von der Universität von Utah in Salt Lake City vertrat Freese die Ansicht, dass die Vernichtung der Dunklen Materie die Energiequelle war, die die frühesten Sterne antreibt, die sich um die Zeit des Universums gebildet haben zwischen 100 und 200 Millionen Jahre alt.

Wenn sie recht haben, könnte einiges von dem, was wir über die Sternentstehung - und die Entstehung des Universums selbst - wissen, in Frage gestellt werden. Ihre Arbeit erscheint in Physical Review Letters mit dem Titel „Dunkle Materie und die ersten Sterne: Eine neue Phase der stellaren Evolution“.

"Vernichtung bedeutet, dass Materie in etwas anderes geht", erklärt Freese. Sie sagt, dass alles einen anderen Partner hat - Materie und Antimaterie, Elektronen und Positronen. Wenn sich diese Gegensätze treffen, geht ihre Identität verloren und die Energie geht woanders hin. „Dunkle Materieteilchen sind ihre eigenen Anti. Wenn sie sich treffen, geht ein Drittel der Energie in Neutrinos, die entweichen, ein Drittel geht in Photonen und das letzte Drittel geht in Elektronen und Positronen. “

„Damit sich ein Stern bildet und seine Materie zu einem dichten Objekt zusammenfällt, muss er sich abkühlen können“, fährt Freese fort. „Wir haben festgestellt, dass in den ersten Sternen etwas mit der Abkühlung konkurrierte. Die Sterne konnten nicht klein genug zusammenbrechen, um die Fusion in Gang zu bringen. Aber sie gaben immer noch Energie ab. Sie befanden sich in einer Phase, die wir noch nicht entdeckt hatten. “

Freese beschreibt, wie sich die ersten Sterne wahrscheinlich aus der Dunklen Materie in die Fusionsphase bewegten. "Das Festkleben der Vernichtungsprodukte bewirkt, dass die Erhitzung der dunklen Materie im Inneren des Sterns verbleibt, und verhindert, dass der Stern zu einem durch Fusion angetriebenen Stern zusammenfällt."

Wenn die gesamte dunkle Materie verschwunden ist, kann der Stern so weit zusammenbrechen, dass die Fusion im Inneren des Sterns erfolgt. Wasserstoff- und Heliumatome werden durch diesen Prozess zusammengedrängt, um neue Elemente (Kohlenstoff, Stickstoff, Sauerstoff und Metalle) zu bilden, bis sie dicht genug werden, um in sich zusammenzufallen. Schließlich geht der Stern in die Supernova über und spuckt die neuen Elemente, die in seinem Kern im Universum erzeugt wurden, aus, um zur Bildung späterer Sterne verwendet zu werden.

„Diese neue Phase gilt nur für die ersten Stars“, betont Freese. „Die Sterne, die wir heute sehen, heißen Population One Stars. Frühere Sterne waren Populationssterne. Die ersten Sterne werden als Populations-Drei-Sterne bezeichnet. Unsere Arbeit ist es zu modifizieren, wie sich die Bevölkerung unseres Erachtens um drei Sterne entwickelt hat. Anfangs waren sie nicht fusionsgetrieben. “

Wenn Freese und ihre Kollegen Recht haben, könnte sich unser Wissen über die Entstehung von Sternen ändern. "Es fügt eine neue Phase der Sternevolution hinzu", sagt Freese. Sie sagt, dass das Studium dieser Theorie bis 2013 warten muss, bis die NASA das James Webb Telescope auf den Markt bringen wird. „Wir nennen sie dunkle Sterne“, erklärt Freese, „aber sie würden immer noch leuchten und ein bisschen anders aussehen. Sie wären cooler als ein Stern mit Fusionsantrieb. Wir hoffen, dass das Teleskop der nächsten Phase jetzt in der Lage ist, zwischen den Standardsternen und den Ereignissen der ersten Sterne zu unterscheiden. “

Bis dahin werden Freese und ihre Kollegen weiterhin über die Eigenschaften der ersten Sterne spekulieren und versuchen herauszufinden, wie sich die neue Phase der Sternentwicklung auf das Timing anderer Entwicklungen im Universum ausgewirkt haben könnte. "Hier wird wirklich spekuliert", sagt sie, "aber das könnte das Timing der ersten Schwarzen Löcher und die Entwicklung unserer eigenen Galaxie beeinflussen."

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