Planeten und Sterne
3.5.1 Metallizität und alte Sterngenerationen
Betrachtet man die alten Sterngenerationen, also die Population II, so ist dort festzustellen, dass die Metallizität sehr schnell angestiegen ist. In der jüngeren Sterngeneration ist dagegen nur ein sehr leichter Anstieg zu vermerken. Die Metallizität hat sich in der Frühzeit innerhalb einer Milliarde Jahre verdoppelt. Danach hat es 10 Milliarden Jahre gedauert bis sich die schweren Elemente ein weiteres Mal verdoppelt haben. Zudem hatten die alten Galaxien die fünffache Leuchtkraft. (5.41)
Alle Elemente oberhalb von Helium, zum Teil auch noch das Lithium müssen in Sternen entstanden und an nächste Sterngenerationen weitergegeben worden sein. Die Abgabe von Elementen erfolgt über sehr heiße Sterne. In der Population I gibt es jedoch sehr wenige heiße Sterne. Das würde nicht ausreichen, um solche Mengen von Gas auszuschütten und eine so schnelle Entwicklung erklären zu können. Die kühlsten M-Sterne stellen 72 % aller Sterne dar. Die heißen und massenreichen Sterne, also die A-, B- und O-Sterne zusammen ergeben nur 1 % aller Sterne. (10.16)
Es gibt noch andere Angaben, wo der Anteil der M-Sterne sogar auf 90 % geschätzt wird, und diese 50 % der gesamten Masse aller Sterne ausmachen. (10.34)
Damit wäre der Anteil der heißen Sterne noch kleiner. Dieses Verhältnis kann bei früheren Sterngenerationen nicht so existiert haben. Die zentrale Frage ist dem zur Folge, wie es zu diesem Galopp der Entstehung der ersten Sterngenerationen gekommen ist. Die Bestätigung für diese schnelle Entwicklung leitet man nicht nur von der Metallizität ab, sondern von der Größe der Galaxien im frühesten Universum. Diese Galaxien waren schon ganz zum Anfang des Universums äußerst groß, und es existierten massive Schwarze Löcher mit Milliarden Sonnenmassen. Dagegen stellt sich die Gleichmäßigkeit der Hintergrundstrahlung, die mit 2,73 K auf einigen Hunderttausendstel Kelvin genau ist. (5.58)
Das Universum war am Anfang völlig gleichmäßig, und in aller Kürze müssen massive Galaxien entstanden sein.
Die Antwort liegt in der Metallizität selber. Je geringer sie ist, umso ungestörter entwickeln sich Sterne. Da alle Körper in der Nähe eines Sterns entstehen und ein Teil in diesen stürzt und ihn damit bremst, so wird dieser Anteil mit abnehmender Metallizität immer kleiner. Die früheren Sterne haben schneller rotiert. Es existierten mehr heiße und massereiche Sterne. Zweitsterne existieren weniger und ihre Abstände waren mit abnehmender Metallizität größer. Damit wird die Kontrolle der heißen Sterne geschwächt. Der Anteil heißer Sterne und deren Häufigkeit nehmen daher zu den alten Generationen hin ständig zu.
Gehen wir diesen Gedanken bis zum Anfang weiter, so hätte eine erste Sterngeneration eine völlig ungebremste Entwicklung. Es gab daher keine kühlen Sterne, sondern nur heiße Sterne in größtem Umfang. Die erste Generation ist damit auch in aller Kürze und vor allem, fast gleichzeitig vergangen. Insofern braucht man nicht einmal ins Universum hinaus zu schauen, sie können auf Grund dieser Überlegungen nicht mehr existieren. (14.8)
Unsere Frage nach dem schnellen Anstieg der Metallizität in den ersten 10 Milliarden Jahren des Universums hätte auf diese Art eine Antwort. Die hohe Produktionsrate schwerer Elemente liegt im Wandel des Verhältnisses zwischen kühlen und heißen Sternen. Die Häufigkeit heißer Sterne nimmt mit der abnehmenden Metallizität zu.