Dunkle Materie und die ersten Sterne im Kosmos

Rund 85 Prozent der Materie im Universum ist dunkel -- sie verrät sich ausschließlich durch ihre Schwerkraft. Numerische Simulationen britischer Forscher zeigen jetzt, dass die physikalischen Eigenschaften dieser Dunklen Materie einen entscheidenden Einfluss auf die Entstehung der ersten Sterne im Kosmos haben.

Durham (Großbritannien) - Die Beobachtung der ältesten Sterne könnte den Kosmologen also Rückschlüsse auf die Natur der bislang rätselhaften Dunklen Materie erlauben. Die Wissenschaftler berichten im Fachblatt "Science" über ihre Simulationen und die sich daraus ergebenden Folgerungen.

"Wenn die Dunkle Materie warm ist, könnte es in unserer Galaxie noch einige Sterne aus der allerersten Generation geben", erläutert Tom Theuns von der Durham University. Theuns und sein Kollege Liang Gao haben mithilfe aufwändiger Computersimulationen untersucht, wie sich im jungen Universum die ersten Materieverdichtungen gebildet und wie daraus rund 100 Millionen Jahre nach dem Urknall die ersten Sterne entstanden sind.

Die Beobachtung von Galaxien und Galaxienhaufen zeigt zwar, dass die Dunkle Materie der dominierende Bestandteil des Universums ist. Doch woraus diese mysteriöse Substanz besteht, ist bislang unklar. Viele Forscher favorisieren massereiche Elementarteilchen, wie sie von den so genannten Supersymmetrie-Theorien vorausgesagt werden. Solche Teilchen würden sich langsam bewegen und wären in der Terminologie der Physiker deshalb "kalt". In kalter dunkler Materie bilden sich früh lokale Verdichtungen, in diesen sammelt sich Wasserstoff und Helium an und es kommt zur Entstehung von extrem massereichen Sternen.

Anders ist es, wenn die Dunkle Materie "warm" ist. Dann bewegen sich die Elementarteilchen zu schnell, um die Bildung von solchen relativ kleinen Verdichtungen zu erlauben. Wie die Simulationen von Theuns und Gao zeigen, entstehen die ersten Sterne deshalb nicht in isolierten Verdichtungen, sondern entlang von lang gestreckten, filamentartigen Strukturen. "Diese Filamente wären etwa 9000 Lichtjahre lang und es würde in ihnen geradezu explosionsartig zur Entstehung vieler Sterne kommen", so Gao. Unter diesen Sternen könnte es auch welche mit geringer Masse geben -- und solche Sterne könnten bis heute überlebt haben und wären damit der Beobachtung zugänglich. Theuns und Gao schlagen deshalb vor, in der Milchstraße nach solchen Sternen-Fossilien zu suchen.