Jeder weiß, dass es im Universum Wasser gibt, aber es mag Sie überraschen, dass es viel früher als erwartet auftauchte, insbesondere in der Zeit um den Urknall.
Wann erschien das erste Leben, wie wir es kennen, im Universum?
Wir wissen es nicht genau, aber die Antwort hängt eng mit dem Zeitpunkt zusammen, wann Wasser erstmals im Universum auftauchte. Neue Simulationen legen nahe, dass die erste Generation von Sternen, die zur Bildung dieses lebensspendenden Wassers beitrug, nur 100 bis 200 Millionen Jahre nach dem Urknall entstand. Das überholt frühere Schätzungen um mehr als 500 Millionen Jahre.
Die Ergebnisse legen nahe, dass ein Teil dieses frühen Wassers, wenn es das heiße Chaos der frühen Galaxienentstehung überlebte, in neugeborene Planeten aufgenommen worden sein könnte. Dies könnte bereits wenige hundert Millionen Jahre nach dem Urknall zu bewohnbaren Welten mit reichlich Wasser geführt haben. All dies hat Auswirkungen auf die Geschichte der Entstehung des frühen Lebens im Universum.
Frühere Beobachtungen des Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) in Chile zeigten, dass etwa 780 Millionen Jahre nach dem Urknall Wasser existierte. Damals war das junge Universum mit leichtem Wasserstoff und Helium sowie geringen Mengen Lithium gefüllt. Diese Elemente bildeten die erste Generation von Sternen, die Astronomen als Population-III-Sterne bezeichnen. Sie waren sehr massereich – zehn- oder sogar hundertmal so massereich wie unsere Sonne – und hatten eine beträchtliche Lebensdauer, bevor sie als Supernovae starben. Viele der schwereren Elemente des Universums, darunter auch Sauerstoff, entstanden in diesen Sternen durch Kernreaktionen und verteilten sich nach ihrem Tod im Weltraum, wo sie dann in die nächste Sternengeneration integriert wurden.
Um zu bestimmen, wann sich das erste Wasser im Universum bildete, verfolgte das Team mithilfe numerischer Modelle das Leben zweier Sterne der frühen Generation: einer war 13-mal massereicher als unsere Sonne, der andere 200-mal massereicher. Der kleinere simulierte Stern existierte 12,2 Millionen Jahre, bevor er in einer Supernova-Explosion starb und dabei etwa 0,051 Sonnenmassen Sauerstoff (fast 17.000 Erdmassen) in den umgebenden Weltraum freisetzte. Der größere simulierte Stern verbrauchte seinen Brennstoff nur 2,6 Millionen Jahre lang, bevor er sein explosives Ende fand und 55 Sonnenmassen Sauerstoff (mehr als 18 Millionen Erdmassen) in den Weltraum freisetzte.
Simulationen zeigen, dass die Stoßwellen jeder Supernova nach außen strahlen und turbulente Dichteschwankungen Wellen erzeugen, die dazu führen, dass ein Teil des Gases zu dichten Klumpen kondensiert. Diese verbleibenden Klumpen, angereichert mit Metallen, darunter auch Sauerstoff, der von der Supernova ausgestoßen wurde, waren wahrscheinlich die idealen Orte für die Wasserbildung im frühen Universum.
In den dichteren Teilen der Wolke wäre das Wasser vor der Zerstörung durch die starke Strahlung nahegelegener Sterne geschützt. Das Team betrachtete jedoch den einfachsten Fall, bei dem sich in jedem Sternhaufen nur ein Stern bildet. Theoretische Simulationen zeigen jedoch, dass Mehrfachsternsysteme die Regel sind; mehr als die Hälfte der Sterne am Himmel hat einen oder mehrere Schwestersterne. Mehr nahegelegene Sterne würden dichtere, wasserreichere Sternhaufen, aber auch mehr Strahlung bedeuten.
Dies sind die ersten Fragen, die Weltraumforscher zu beantworten versuchen, aber sie brauchen mehr Leute, die sich tiefer mit diesem Thema befassen und es detaillierter erforschen.
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