Wir bestehen nicht nur aus Sternenstaub!

von Dr. Harald Zaun

Die deutsche Astrophysikerin Anna Frebel über die kosmo-chemische Evolution, Sterngreise, Supernovae, skeptische Deutsche und Marie Curie

Der weise Nestor und Philosoph der Kosmologie, der französische Grandseigneur und Poet der Astrophysik, Hubert Reeves ( www.hubertreeves.info ), der unlängst 80 Jahre alt geworden ist, sagte einmal, dass Astronomen und Kosmologen nichts anderes als Historiker und Archäologen des Universums seien, da das All eine Geschichte habe. Auch die deutsche am Massachusetts Institute of Technology (MIT) ( web.mit.edu ) in Boston (USA) forschende und lehrende Astrophysikerin Anna Frebel (http://astronomy.fas.harvard.edu/people/anna-frebel), die sich selbst als stellare Archäologin bezeichnet, nutzt die historische Dimension des Universums und gräbt bisweilen tief in seiner Vergangenheit. Wenngleich ihre historisch-stellaren Quellen nur gedanklich zum Greifen nah, räumlich indes unerreichbar fern sind, vermag sie dennoch deren eingehende elektromagnetische Strahlung im optischen Licht zu analysieren und zu sezieren, sofern das Instrumentarium sensibel genug ist. 2005 war dies der Fall, als Frebel dank des intensiven Studiums stellarer Spektren den metallärmsten Stern und 2007 den bislang ältesten bekannten Stern im Universum entdeckte. Seitdem ist sie metallarmen Sterngreisen in der Milchstraße mit Pathos und Akribie auf der Spur, da diese am meisten über die chemische Evolution des Kosmos verraten. Schließlich hat das Universum nicht nur eine geologische und biologische Evolution, sondern auch eine chemische Entwicklung durchlaufen, die noch nicht abgeschlossen ist. Fast alle Stoffe, aus denen es besteht und wir, der Homo sapiens, gestrickt sind, wurden in den Sternen und Supernovae über Jahrmilliarden produziert und werden dort weiterhin generiert. Über ihren Fachbereich, die stellare Archäologie, hat Anna Frebel ihr erstes Buch geschrieben, in dem sie Einblicke in ihre Arbeit gewährt, die sie zu den entlegensten Gegenden der Erde und der Galaxis führt. Anlass genug, um mit der engagierten jungen Astrophysikerin, die von ihrem Verlag etwas überschwänglich als „Shooting-Star der Astrophysik" gefeiert wird und über deren wissenschaftliche Arbeit derzeit viele Medien etwas oberflächlich berichten, ein tiefergehendes Interview zu führen.

H. Zaun: Obwohl Sie in den USA arbeiten, ist Ihr Erstlingswerk „Auf der Suche nach den ältesten Sternen" ( www.fischerverlage.de/buch/auf_der_suche_nach_den_aeltesten_sternen/9783100215123 ) in deutscher Sprache erschienen. Derweil sieht es danach aus, als würde ihr neues Buch auch ins Englische übersetzt, was bei astronomischen Publikationen in deutscher Sprache recht selten ist, weil der Markt in den USA in puncto Wissenschaft recht gesättigt ist.

Frebel: Ich hoffe sehr, dass mein Buch auch im anglo-amerikanischen Raum Verbreitung findet. Hinsichtlich der angedachten Translation weiß ich auch noch nichts Genaueres. Noch ist nichts offiziell. Ich habe aber bei den Vertragsverhandlungen sehr früh angemerkt, dass ich Interesse an einer Übersetzung habe, was auch vom Fischer-Verlag positiv aufgenommen wurde. Da ich in den USA arbeite, bin ich natürlich auch an einer dortigen Vermarktung interessiert.

H. Zaun: Unlängst erzählten Sie, dass sie während der aktiven Schreibphase oft eine 100-Stunden-Woche zu bewältigen hatten. Wie haben Sie Forschung, Lehre und das Buchprojekt unter einen Hut gebracht?

Frebel (lacht): Mehrere Weihnachtsferien sind dabei draufgegangen und am Schluss alle meine Wochenenden von frühmorgens bis spätabends. Am Anfang hatte ich Phasen mit wahnsinnig vielen Ideen, dann habe ich lange Zeit nicht an dem Buchprojekt gearbeitet. Während dieser Zeit dachte ich viel über das Konzept nach und hielt auch etliche öffentliche Vorträge. Schließlich muss man ja immer auch eine Geschichte erzählen, einen roten Faden bewahren. Ansonsten wird es für den Leser und für mich langweilig. Der Reifungsprozess hat schon ein Weilchen gedauert. Ich glaube jedoch, dass mein Buch insgesamt ganz gut geworden ist, weil sich in ihm einfache mit sehr schmackhaften und informativen Abschnitten abwechseln. Ich habe mich darum bemüht, die Kapitel abwechslungsreich zu gestalten und zugleich eine Bandbreite von verschiedenen Lesertypen anzusprechen. Eine einzige Zielgruppe wäre mir zu eindimensional gewesen. Im achten Kapitel habe ich beispielsweise einige nette Geschichten aus meinem astronomischen Alltag zum Besten gegeben. Viele Leute fürchten sich vor Wissenschaft. Aber wenn sie sich einmal darauf einlassen, ist sie wahnsinnig spannend. Wie tief der Leser in die Materie eintaucht, bleibt ihm selbst überlassen, zumal jeder von Kapitel zu Kapitel springen kann und das Buch nicht komplett lesen muss.

H. Zaun: Es gibt ein ungeschriebenes Gesetz in Ihrem Fachbereich: Je metallärmer ein Stern daher kommt, desto älter ist er in der Regel!

A. Frebel: Genau, wenn wir Sterne vorfinden, die besonders metallarm sind, befinden wir uns chemisch gesehen in einem extrem frühen Stadium des Universums. Das ist das Ziel unserer Arbeit in der stellaren Archäologie.

( arxiv.org/abs/1012.1323 )

H. Zaun: Wie passt ihr ältester beobachtbarer Stern, der ‚Frebel-Stern', da ins Bild? Ist er desgleichen so metallarm?

A. Frebel: Ja! HE 1523-0901 ( space.mit.edu/home/afrebel/he1523.html ) ist auch extrem metallarm. Dennoch haben wir auch schon Sterne gefunden, die sogar noch metallärmer sind. Aber eine direkte Altersbestimmung ist hier leider nicht möglich. Dies funktioniert nur bei ganz seltenen metallarmen Sternen, die aus einer Gaswolke gebildet wurden, die von einer ganz bestimmten Art von Supernova-Explosion mit schweren Elementen angereichert wurde. Aber letztendlich befinden wir uns mit all diesen extrem metallarmen Sternen schon so nah am Urknall, dass es nur ein oder zwei Sterngenerationen vor der Geburt des Universums unsere Objekte gegeben haben kann.

H. Zaun: Wie alt ist denn nun der Sterngreis?

A. Frebel: Der von mir aufgespürte älteste, bekannte Stern des Universums, HE 1523-0901, ist schätzungsweise 13,2 Milliarden Jahre alt. Er entstand wie alle Sterne dieser früheren Epoche aus einer Gaswolke, die ganz wenig Eisen und Kohlenstoff, aber zusätzlich auch noch die radioaktiven Elemente Thorium und Uran enthielt. Diese Elemente ermöglichen erst die Altersbestimmung.

H. Zaun: Wenn Astronomen von „Metallen" reden, meinen sie zum Entsetzen vieler Chemiker damit letztendlich alle chemischen Elemente, die schwerer als Wasserstoff und Helium sind. Ganz logisch ist diese Definition nicht.

A. Frebel: (lacht) Ja, ich bekomme manchmal böse E-Mails von Chemikern. Aber jedes Untergebiet hat so seine Eigenarten und eigenwilligen Fachausdrücke. So nahmen Astronomen in den 1950er Jahren noch an, alle Elemente seien mit dem Urknall erzeugt worden. Obwohl damals die biologische Evolution in aller Munde war, gab es zu dieser Zeit noch keine Theorie der chemischen Evolution.

H. Zaun: 1957 vollzog sich der Paradigmenwechsel!

A. Frebel: Ja, genau. 1957 war es mit dem Erscheinen des berühmten Review-Artikels (B2FH-Paper  rmp.aps.org/abstract/RMP/v29/i4/p547_1 ) von Margaret Burbidge ( www.aip.org/history/ohilist/25487.html ) und Fred Hoyle (et al.) geschehen. Sie listeten und publizierten die Theorie von der Synthese aller Materie. Bereits zwischen 1950 und 1955 wurde den Forscher erstmals bewusst, dass nicht alle Elemente im Urknall synthetisiert, sondern stückweise später produziert wurden, womit sich die Frage aufdrängte, woher die Elemente denn kamen? Der Knoten platzte erst, als die Wissenschaftler sich fragten: Was bringt die Sterne eigentlich zum Leuchten? Und das ist genau die Frage und Antwort zugleich. Die Sterne leuchten, weil sie Nukleosynthese betreiben, weil sie in ihrem Innern die Elemente produzieren. Damals sind die allerersten detektierten metallarmen Sterne noch nicht als solche erkannt worden. Da es seinerzeit noch kein Verständnis für eine chemische Entwicklung des Universums gab, fanden in dem Weltbild der damaligen Protagonisten Sterne keine Berücksichtigung, die eine andere Zusammensetzung als die unserer Sonne hatten.

H. Zaun: Sie schreiben, dass an der stellaren Archäologie besonders reizvoll ist, die ältesten noch lebenden Sterne des Universums zu finden. Was ist mit Extrapolationen und Computersimulationen möglich? Wie alt könnte der älteste noch existierende Stern sein, der observierbar ist? Wie dicht kommen Sie mit ihren Sternen an den Urknall ran?

A. Frebel: Mit meiner Arbeit kommen wir extrem nah an die ältesten noch lebenden Sterne des Universums heran. Um dieses Ziel zu erreichen, wollen wir künftig noch mehr Sterne auflesen, sie miteinander vergleichen und untersuchen, ob diese alle gleich geartet sind. Offen bleibt auch, ob die Supernova-Explosionen ( imagine.gsfc.nasa.gov/docs/science/know_l2/supernovae.html ) immer gleich waren. Wir haben eine neue Durchmusterung in Australien anstehen. Wir hoffen, bei den Observationen mehr Sterne der zweiten Generation zu finden. Sterne mit derart wenig Metall, das es nur von einer Supernova stammen kann. Wann jetzt genau die ersten Sterne gebildet wurden, hängt von den Simulationen ab. Mit zunehmend besseren Computern werden wir genauere Ereignisse erzielen. Sicher ist, dass die ersten Sterne etwa 300 Millionen Jahre nach dem Urknall entstanden sind, was vor etwa 13,4 Milliarden geschah. Alle metallarmen Sterne der nächsten Sterngenerationen sind dann nur wenig jünger und somit immer noch fast so alt wie das Universum selbst, dessen Alter auf 13,7 Milliarden Jahre geschätzt wird.

H. Zaun: Die allerersten Sterne, bestehend aus primordialer Materie (72 Prozent Wasserstoff, 27 Prozent Helium und Spuren von Lithium), haben das Universum bereits 300 Millionen Jahre nach dem Urknall bevölkert. Sie beendeten ihr kurzes Leben bereits nach wenigen Millionen Jahren mit einer Supernova-Explosion. Es waren ausnahmslos Riesensterne mit enormer Masse, Sterne der dritten Population. Aber diese werden wohl für immer und ewig nebulös bleiben, da sie nicht mehr existieren und folglich nicht beobachtbar sind.

A. Frebel: Ja genau, dies ist leider eine Tatsache. Aber unser Ziel ist es nicht, unbedingt diesen allerersten Stern ausfindig zu machen. Letztendlich geht es uns darum, das frühe Universum im Detail zu erforschen. Aus was bestand das Gas? Wie sind daraus die ersten Sterne gebildet worden? Was haben uns die ersten Sterne, unsere Urahnen, hinterlassen? Welche neuen Elemente? Wie gestaltete sich die Übergangsphase vom primordialen Universum, das ja vornehmlich aus Wasserstoff und Helium und in geringsten Mengen aus Lithium bestand, zu einem Universum, das mehr oder weniger wie das heutige aussieht?

H. Zaun: Gibt es Extrapolationen hinsichtlich ihrer Zahl? Wie viele davon erfüllten dereinst das blutjunge Universum mit Licht?

A. Frebel: Das kann man nicht genau sagen. Bei unseren Computersimulationen kristallisierte sich heraus, dass diese Sterne sich nicht einfach so im Raum, sondern in Minihalos bilden. Ein Minihalo ist eine riesige aus Wasserstoff und Helium bestehende gravitationsgebundene Wolke, die wahrscheinlich von Dunkler Materie ( www.weltderphysik.de/gebiet/astro/dunkle-materie-und-dunkle-energie/ ) umgeben ist. Dies waren die Wiegen der ersten Sterne. Die sich hieraus ergebene Frage lautet nun: Wie viele Sterne werden in einer solchen Wiege geboren? Ist es nur einer – oder hat er vielleicht sogar Geschwister? Auf diesem Forschungsgebiet hat sich in den letzten fünf Jahren extrem viel getan. Zuerst hieß es, dass sich pro Minihalo nur ein Stern bildet. Inzwischen gehen wir jedoch von mehreren Sonnen aus. Letzten Endes hängen diese Werte von der Leistungsfähigkeit unserer Computer respektive von der Auflösung unserer Simulationen ab. Für genauere Ergebnisse müssten wir wohl nochmals fünf Jahre harter Arbeit investieren. Wie viele dieser Riesensterne es in der dritten Population gegeben hat, können wir noch nicht beantworten. Dieses Ziel ist aber auf unserer To-do-Liste!

H. Zaun: Wenn Sie nach den metallärmsten Sternen in der Milchstraße suchen, durchforsten Sie vornehmlich den galaktischen Halo und die galaxisnahen Zwerggalaxien. Sie schreiben, dass sie hierbei viel über die Geschichte unserer Galaxie und ihre Evolution gelernt haben, die eine höchst Materielle war ...

A. Frebel: (lacht) Gemäß dem biologischen Prinzip „Survial of the fittest!" war es eine sehr kannibalistische Geschichte. Denn unsere Milchstraße entstand höchstwahrscheinlich durch Zusammenstöße von einigen Zwerggalaxien und noch kleineren Galaxien. Inzwischen verwende ich in meinen Arbeiten das Wort „Galaxien". Vor ein paar Jahren noch habe ich diesen Begriff tunlichst gemieden. Seitdem ich jedoch nach metallarmen Sterne fahnde und am Rande der Milchstraße in Zwerggalaxien solche gefunden habe, verstehen wir besser, wie sich Galaxien im Allgemeinen entwickeln. Seitdem interessiere ich mich auch für die Galaxienentwicklung.

H. Zaun: Sie haben also in gewisser Weise selbst eine Evolution durchlaufen?

A. Frebel: Ja, genau! (lacht) Ich lebte damals noch völlig in der Milchstraße und fixierte mich auf die Nukleosynthese ( www.mpa-garching.mpg.de/~weiss/Nukleosynthese_04/Nukleosynthese.pdf ). Das hat fraglos auch großen Spaß gemacht. Aber als Wissenschaftlerin kann man täglich hinzulernen und das Arbeitsspektrum ständig erweitern. Inzwischen habe ich sogar einen wissenschaftlichen Mitarbeiter engagiert, der allein für neue kosmologischen Computersimulationen zuständig ist, damit wir die metallarmen Sterne auf ihrem Weg irgendwann einmal besser verfolgen können, was ich mit meinen Beobachtungen leider nicht zu bewerkstelligen vermag.

H. Zaun: Angenommen, Fred Hoyles klassische Steady-State-Theorie, der zufolge das Universum seit ewigen Zeiten existiert, würde sich eines Tages als richtig erweisen – was zugebenermaßen recht unwahrscheinlich ist –, würde sich infolge dessen ihr Arbeitsfeld großartig verändern?

A. Frebel: Es kommt ganz darauf an, wie die Herkunft der chemischen Elemente in der Theorie mit eingebettet ist. Auch die Steady-State-Theorie ( www.aip.org/history/cosmology/ideas/bigbang.htm ) muss davon Rechenschaft ablegen und die chemische Entwicklung erklären. Ich weiß aber nicht genau, wie die ersten Modelle die Herkunft der Elemente im Detail beschreiben. Denn zu jener Zeit wussten Hoyle und seine Kollegen eben noch nicht, dass die Elemente in den Sternen produziert werden. Aber angenommen, alle Elemente wären tatsächlich mit dem Urknall entstanden, gäbe es keine chemische Entwicklung der Materie. Ich wäre arbeitslos (lacht). Aber wir wissen ja zum Glück, dass es anders war.

H. Zaun: Können Sie mit dem gegenwärtig zur Verfügung stehendem Instrumentarium in erdnahen Galaxien, wie etwa in der Andromeda-Galaxie ( video.google.com/videoplay ), metallarme Sterne aufspüren?

A. Frebel: Nein, hierfür sind unsere Teleskope derzeit zu stark limitiert. Wir könnten mitunter starke stellare Absorptionslinien in einer anderen Galaxie finden, nur wäre das Spektrum hierbei zu verrauscht und somit die Datenqualität zu schlecht. Primär fokussieren wir uns innerhalb der Milchstraße auf alles, was relativ hell ist. Die Tendenz ist: Je weiter man sich den Randbezirken der Galaxis nähert, desto höher ist die Wahrscheinlichkeit, dort metallarme und alte Sterne anzutreffen.

H. Zaun: Das European Extremely Large Telescope (E-ELT) (http://www.eso.org/public/teles-instr/e-elt.html) soll laut der Europäischen Südsternwarte ESO (http://www.eso.org/public/) in der nächsten Dekade das größte Teleskop für sichtbares und infrarotes Licht der Welt werden. Der Primärspiegel soll einen Durchmesser von 39,3 Metern haben. Weitere Riesenteleskope sind in Planung. Würden Sie gerne später einmal mit solch einem gewaltigen Fernrohr arbeiten?

A. Frebel: Ja, gerne. Natürlich muss ich mich noch etwas gedulden. Aber ich bin mit von der Partie. Ich gehöre zu dem Team, das den Spektrografen für eines der geplanten amerikanischen Riesentelekope konzipiert. Ich bin schon einige Jahre damit beschäftigt. Die Spitze des Berges in Chile, wo das Teleskop hinkommen soll, ist schon weggesprengt worden. Es geht voran!

H. Zaun: Sie schreiben, dass jeder Stern ein Unikat im All ist, dass jeder Stern seine eigene Signatur, seinen eigenen Fingerabdruck hat.

A. Frebel: Ja, in gewisser Weise stimmt dies. Sterne werden zwar in kleinen Gruppen aus Gaswolken gebildet, aber jede Gaswolke hat im Prinzip ihre eigene Signatur. Wenn sie bei den Sternpopulationen I und II die Sterne chemisch analysieren, finden sie zu 99 oder mehr Prozent ausschließlich die Elemente Wasserstoff und Helium. In dieser Hinsicht sehen alle Sterne gleich aus. Nur Metalle verleihen dem Stern seinen Charakter. Sie machen dann letztlich fundamentale Unterschiede aus.

H. Zaun: Wie nehmen Sie die stellaren Fingerabdrücke?

A. Frebel: Unsere Schlüsseltechnologie hier ist die Spektroskopie. In Chile am Las-Campanas-Observatorium (http://www.lco.cl/) beobachten wir die Sterne mit dem hochauflösenden Spektrografen MIKE (http://www.lco.cl/telescopes-information/magellan/instruments/mike). Mit ihm können wir das Sternenlicht zerlegen und die charakteristischen Absorptionslinien studieren. Da jedes chemische Element bei einer bestimmten Wellenlänge Licht verschluckt, die als dunkle Linien im Spektrum auftauchen, erhalten wir Informationen über die chemische Zusammensetzung des Sterns. Bei metallarmen Sternen sind aufgrund des Eisenmangels beispielsweise die Eisenlinien schwach ausgeprägt.

H. Zaun: Um metallarme Sterne dingfest zu machen, haben Sie ein dreistufiges Siebverfahren etabliert? Können sie es kurz erläutern?

A. Frebel: Wir suchen nach der stellaren Nadel im galaktischen Heuhaufen. Aber zunächst einmal muss man sich den Heuhaufen beschaffen. Dies geschieht im Rahmen einer großen, flächenmäßig weit abdeckenden Durchmusterung des Himmels. Mit verschiedenen Suchalgorithmen selektieren wir die ersten metallarmen Kandidaten und lassen den Heuhaufen größtenteils hinter uns. Diese beobachten wir dann zum Beispiel mit dem 2,3-Meter-Teleskop in Australien nochmals nach. Mit etwas besserer Spektroskopie nehmen wir sodann die Fraunhoferlinien (http://www.uni-protokolle.de/Lexikon/Fraunhoferlinie.html), genauer sagt die Kalzium-K-Linie, ins Visier, den besten Indikator für die Metallizität des Sterns. Entweder ist hier die Linie schwach oder nicht schwach ausgeprägt. Danach sortieren wir die Sterne immer weiter aus, bis wir eine Liste von vielversprechenden Kandidaten vorliegen haben. Mit diesen geht es anschließend nach Chile, wo ich mit großen Teleskopen mit einem Spiegeldurchmesser von sechs bis zehn Metern die Liste durcharbeite. Stern für Stern – von oben nach unten. Es folgt zunächst eine kurze Belichtung für ein Spektrum mit niedriger Qualität. Sieht hier ein Stern besonders metallarm aus, wird die Datenqualität erhöht. Dann hat man irgendwann ein Spektrum, wo man auch schwächere Linien sehen kann. Und wenn man Glück hat, findet man bei einem von zehn guten metallarmen Sternen sogar Thorium oder einen Kandidaten, der schlichtweg zu viel Magnesium hat oder wiederum ein neues spannendes Elementmuster.

H. Zaun: Sterne sind große Chemiefabriken, in denen von Generation zu Generation schwerere Elemente gebrütet werden ...

A. Frebel: Ja. Elemente wie Kohlenstoff, Stickstoff, Sauerstoff wurden fraglos in den Sternen zusammengekocht und in Supernova-Explosionen ins All zurückgeschleudert. Da im All keine Energie und Materie verloren geht, lief alles Material immer wieder durch Generationen von Sternen, bis es über die Planetenbildung schließlich bei uns, dem Menschen, landete.

H. Zaun: Welche Rolle spielten Supernovae für die Ausbildung von Kohlenstoff, aus dem wir ja größtenteils bestehen.

A. Frebel: Kohlenstoff wird schon während der Sternentwicklung in großen Mengen produziert und dann durch die Supernova-Explosionen weitläufig verstreut. Sie waren der Hauptmechanismus im frühen Universum. Heutzutage wird die chemische Evolution hauptsächlich durch Sternwinde von Sternen vorangetrieben, die eine Sonnenmasse von zwei bis acht aufweisen. So wie es einen Sonnenwind (http://www.mps.mpg.de/dokumente/publikationen/pa/pa_0107_weltraumwetter.pdf) gibt, der sich bei uns in Form von Nordlichtern zu erkennen gibt, haben Sterne so genannte Sternwinde. Sie helfen zusätzlich, die Elemente zu verbreiten. Aber der Knackpunkt ist ein anderer. Denn in der Supernova selbst, im Moment der Explosion werden weitere Elemente synthetisiert, die vorher in dem Stern nicht produziert wurden. Unsere Sonne etwa besteht aus einem Elementen-Cocktail, der in unzähligen Supernova-Explosionen über Jahrmilliarden hinweg zusammen gemixt wurde.

H. Zaun: Oft liest man, dass wir allesamt aus Sternenstaub bestehen. Die Elemente, aus denen wir bestehen, seien allesamt in Sonnen generiert worden. Aber diese eindimensionale Auslegung ist offensichtlich falsch ...

A. Frebel: Ja, ein bisschen Urknall-Material ist dabei – fünf bis zehn Kilo von Wasserstoff bringt jeder Erwachsene auf die Waage. Unser Körper besteht aus mehr als dreißig verschiedenen Elementen, von denen allerdings viele nur in geringen Spuren vorhanden sind. Alle diese Elemente wurden über Jahrmilliarden in Sternfabriken erzeugt – eben mit Ausnahme des Wasserstoffs. Wir bestehen demnach nicht zu 100 Prozent aus Sternenstaub.

H. Zaun: Bestätigen ihre Beobachtungen indirekt die Richtigkeit des Big-Bang-Modells?

A. Frebel: Ja. Indem wir die chemische Evolution des Universums rekonstruieren, bestätigen wir in gewisser Weise die Richtigkeit des Urknall-Modells (http://www.bbc.co.uk/science/space/universe/questions_and_ideas/big_bang/). Die chemische Entwicklung des Kosmos ist eine Konsequenz des Urknall-Modells. Sie belegt, dass Allem eine Chronologie zugrunde liegt.

H. Zaun: Erschwert eigentlich die Tatsache, dass die meisten Sterne in Dual- und Mehrfachsystemen beheimatet sind, ihre Arbeit – oder erweist sich dies als Vorteil?

A. Frebel: Weder noch. Manchmal machen wir uns diesen Umstand zunutze, manchmal auch nicht. Bestimmte Signaturen gehen ja direkt auf Sterne in Doppelsternsysteme zurück – wie im Falle einer besonderen Untergruppe von metallarmen Sternen. Gibt der Geber-Stern einen Teil seiner Atmosphäre auf seinen Begleiter ab, können wir die Sternentwicklung und die späten Nukleosynthesephasen des Sterns direkt nachvollziehen und studieren. Das setzt aber voraus, dass sich beide Sterne in geringer Distanz zueinander befinden. Für mich spielt es jedoch keine allzu große Rolle, ob ich ein Dualsystem oder einen Einzelstern beobachte. Es ist natürlich gut zu wissen, welchen Stern man vor sich hat. Dies herauszufinden kann ein langwieriger Prozess sein. Beispielsweise beobachte ich den allerersten von mir entdeckten eisenärmsten Stern immer noch jährlich einmal und messe seine Radialgeschwindigkeit (http://www.uni-protokolle.de/Lexikon/Radialgeschwindigkeit_(Astronomie).html), wofür zum Glück kein besonders gutes Spektrum nötig ist. Würde der Stern um ein anderes stellares Zentrum kreisen, würden sich im Spektrum Linien verschieben. Man kann nie ausschließen, dass die Sterne ganz weit voneinander entfernt sind und sich langsam umrunden. In diesem Fall wäre die Radialgeschwindigkeit sehr gering, das Spektrum bliebe nahezu unverändert. Während der letzten fünf, sechs, sieben Jahre kristallisierte sich heraus, dass HE 1327-2326 (http://www.int.washington.edu/talks/WorkShops/int_06_2a/People/Frebel_A/Frebel_A.pdf) sich nicht bewegt, wir also mit ihm einen Einzelstern gefunden haben, wobei wir nicht ausschließen können, dass er dennoch einen Begleitstern hat. Selbst wenn es so wäre, würde dies gleichwohl nicht allzu viel ausmachen, weil HE 1327-2326 von seinem Kollegen so weit weg wäre, dass keiner dem anderen Materie stehlen kann.

H. Zaun: Der bekannte schweizerische Planetenjäger Michel Mayor (http://www.heise.de/tp/artikel/35/35195/1.html) postuliert, dass fast jeder Stern im Universum ein eigenes Planetensystem ausgebildet hat. Könnten daher auch metallarme Sterne vereinzelt über eigene Planeten verfügen?

A. Frebel: Nein, weil Planeten immer aus schweren Elementen, also schwerer als Wasserstoff und Helium, bestehen und diese zunächst einmal synthetisiert werden müssen. Als beispielsweise der von mir metallärmste 2005 entdeckte Stern HE 1327-2326 (http://space.mit.edu/home/afrebel/he1327.html) geboren wurde, gab es schlichtweg nicht genug Metalle im Universum. Für ihn habe ich ausgerechnet, dass er 100-mal weniger Eisenmasse als der Eisenkern im Innern der Erde hat. Im Stern HE 1327-2326 kommen beispielsweise auf jedes Eisenatom acht Milliarden Wasserstoffatome. Dieser Stern enthält nur ein 250000stel des solaren Eisens. Die spannende Frage ist natürlich: Zu welchem chemischen Zeitpunkt gab es genug schwere Elemente, damit sich in einem protosolaren Nebel ein Stern mitsamt Planeten bilden konnte.

H. Zaun: Ja, es muss eine Grenze gegeben haben, bei der alles kippte?

A. Frebel: Ja, das ist wahrscheinlich nicht allzu lange her, weil die meisten bislang detektierten Sterne mit Exoplaneten mehr Metalle als unsere Sonne haben.

H. Zaun: Wie viele außerirdische Astronomen mögen auf ihren Spuren wandeln auch ebenfalls nach metallarmen Sternen Ausschau halten? Anders formuliert: Glauben Sie, dass im Universum hochstehende Kulturen existieren?

A. Frebel: Ich habe keine Ahnung. Wie kam man diesbezüglich auch eine Ahnung haben. Man kann nur hoffen, dass im All zivilisierte Lebensformen existieren. Das Einzige, was ich hierzu mit Bestimmtheit sagen kann, ist, dass wir nicht sagen können, dass es sie nicht gibt.

H. Zaun: Aber als ehemaliger Star-Trek-Fan sind Sie doch vorbelastet!

A. Frebel: Natürlich wäre es irgendwie toll und spannend, wenn es sie gäbe. Aber es wäre auch ein wenig beängstigend, weil wir gar nicht wissen, was da auf uns zu kommt. Ich kann mir durchaus vorstellen, dass es irgendwo auf anderen Planeten Mikroben zuhauf gibt. Aber selbst wenn es dort Bakterien en masse gibt, können wir selbst mit der nächsten Generation der Riesenteleskope von den Planeten extrem wenig erfahren. Dorthin Forschungssonden zu senden, um Bodenproben zu nehmen, ist infolge der riesigen Distanz natürlich nicht möglich.

H. Zaun: Es besteht ja auch die Möglichkeit, mit leistungsstarken Teleskopen à la Hubble (http://hubblesite.org/the_telescope/) die Atmosphären erdähnlicher Exoplaneten spektrografisch zu analysieren ...

A. Frebel: Das ist aber extrem schwierig. Das funktioniert nur mit hellen Systemen, die relativ erdnah sind und in der richtigen Sichtlinie liegen. Hier ist die Fehlerquote dennoch hoch. Es wird wohl noch eine ganze Weile dauern, bis wir einen Exoplaneten wirklich im wahrsten Sinne des Wortes unter die Lupe nehmen können. Man kann natürlich die Masse und den Radius messen und die Entfernung. Aber um auf einem Niveau zu observieren, wie man es gerne hätte, braucht man Zeit und Geduld.

H. Zaun: Definieren Sie ihre Arbeit als Grundlagenforschung?

A. Frebel: Mir gefällt das Leben in den USA generell sehr gut, auch wenn es in Boston die meiste Zeit über im Jahr recht kalt ist. Natürlich ist in den USA nicht alles von Vorteil. Zum Beispiel sind dort längerfristige Projektfinanzierungen recht schwierig, weil die Politik die Gelder jedes Jahr neu verteilt. Das ist in Europa wesentlich besser organisiert, wo die Projekte längerfristig finanziert werden, was zur Folge hat, dass man auch hin und wieder etwas gewagtere Projekte angehen kann. Die allgemeine Einstellung in Deutschland gefällt mir aber insgesamt gesehen oft nicht so gut. Ich versuche eigentlich immer das Positive in Allem zu sehen; in Deutschland hingegen habe ich manchmal das Gefühl, dass dort vieles leider recht negativ oder einfach zu pessimistisch gesehen wird.

H. Zaun: Sie denken also, dass in Deutschland eher Skepsis und Pessimismus regieren?

A. Frebel: Ja, oft schon. Genau dies aber ist für die Wissenschaft keine fruchtbare Umgebung. Als Astronomen können wir nicht zu den Sternen fliegen und stellare Proben nehmen. Die Messunsicherheiten in unserem Fachgebiet sind mitunter ganz arg. Aber davon darf man sich doch nicht ins Bockshorn jagen lassen. Denn dann müsste ich den Kopf eigentlich sofort in den Sand stecken. Man muss als Wissenschaftler also Optimist sein und immer gewissenhaft observieren und arbeiten. So gut man eben kann. Und am besten noch Spaß dabei haben!

H. Zaun: Was ist die Quelle Ihrer Kreativität?

A. Frebel: Das ist eine gute Frage. Das bin ich noch nicht gefragt worden. Ich weiß es nicht. Ich wache morgens auf ... und die Ideen tauchen einfach in meinem Kopf auf. Dies mag damit zusammenhängen, dass ich an den Dingen vielseitig interessiert bin. Ich finde es wichtig, manchmal Dinge miteinander zu verknüpfen, die offensichtlich gar nichts miteinander zu tun haben. Ich finde es faszinierend, wenn hieraus neue Ideen entstehen, die meiner Arbeit zugutekommen.

H. Zaun: Welche Wissenschaftlerin bzw. welcher Wissenschaftler hat Sie denn am meisten beeinflusst?

A. Frebel: Schon zu Schulzeiten habe ich viel über Marie Curie (http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/1903/marie-curie-bio.html) gelesen. Meine Mutter hatte mir die Biografie von Ève Curie (http://www.telegraph.co.uk/news/obituaries/1568665/Eve-Curie.html), der jüngsten Tochter von Marie Curie, geschenkt. Die wissenschaftliche Leistung von Marie Curie kann man nicht genug hervorheben und würdigen. Sie hat als einziger Mensch gleich zwei naturwissenschaftliche Nobelpreise erhalten. Und dies völlig zu Recht. Diese Frau sollte jedem ein Vorbild sein.

arXiv-Paper: "The new record holder for the most iron-poor star: HE 1327-2326, a dwarf or subgiant with [Fe/H]=-5.4" arxiv.org/abs/astro-ph/0509658

arXiv-Paper: "Discovery of HE 1523-0901, a Strongly r-Process Enhanced Metal-Poor Star with Detected Uranium" arxiv.org/abs/astro-ph/0703414

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