Das Universum hat seinen Höhepunkt bereits überschritten und wird sich nur noch verschlechtern

Vor etwa 10 Milliarden Jahren erlebte das Universum einen Boom der Sternentstehung, eine Periode, die Astronomen als Epoche der Rotverschiebung 2 oder kosmischer Mittag bezeichnen. Zu dieser Zeit bildeten Galaxien Sterne mit einer bis zu zehnmal höheren Rate als wir sie im heutigen Universum beobachten. Dieser Höhepunkt bleibt ein Rätsel, und wir fragen uns immer noch, warum es damals dazu kam. Eine mögliche Antwort ist die Anzahl der Galaxienkollisionen, die damals stattfanden.

Derzeit leben wir im sogenannten Sternzeitalter, in dem noch immer in erheblichem Umfang Sterne entstehen. Eine neue Studie auf der Grundlage von Euclid-Daten zeigt jedoch, dass sich dieser Prozess kontinuierlich verlangsamt. Zwar entstehen in Galaxien nach wie vor Sterne, doch nimmt die Rate pro Milliarde Jahre erheblich ab. Dies deutet darauf hin, dass wir in eine Übergangsphase eintreten, in der die Sternentstehung an Dynamik verliert.

Die Euclid-Kollaboration hat eine Reihe wissenschaftlicher Artikel veröffentlicht, in denen verschiedene Eigenschaften der Galaxienverteilung und der Bestandteile einer Galaxie analysiert werden. Sie analysierten große Stichproben von Galaxien und stellten fest, dass diese immer weniger Sterne bilden, da sie über geringere Mengen an kaltem Gas und Staub verfügen. Da diese Vorräte erschöpft sind, bildet das Universum immer kleinere Sterne, und die Zukunft wird kälter.

Das Sternenzeitalter

Derzeit leben wir in einer Ära des Universums, die als Sternenzeitalter bekannt ist und begann, als das Universum etwa 100 bis 200 Millionen Jahre alt war. Diese Ära begann, als sich die ersten Sterne, sogenannte Population-III-Sterne, bildeten. Diese Sterne waren extrem massereich und entstanden aus Wasserstoff und Helium. Aus ihnen begann das Universum, die ersten schweren Elemente und eine neue Generation von Sternen zu produzieren.

Die ersten Galaxien waren für die Entstehung von Elementen, die schwerer sind als Wasserstoff und Helium, von entscheidender Bedeutung.

Die Ära, in der wir jetzt leben, wird nicht ewig andauern. Sie wird enden, wenn die Vorräte an kaltem Gas in den Galaxien vollständig aufgebraucht oder erhitzt sind. Kosmologische Modelle deuten darauf hin, dass mit der Beschleunigung der Expansion des Universums und der Abnahme der durchschnittlichen Materiedichte das verfügbare Gas immer knapper wird, wodurch die Entstehung von Sternen verhindert wird. Danach wird das Universum in die sogenannte Degenerationsära eintreten, die von Weißen Zwergen, Neutronensternen und Schwarzen Löchern dominiert wird.

Wie entstehen Sterne?

Sterne entstehen, wenn dichte Regionen aus interstellarem Gas und Staub einem Gravitationskollaps unterliegen. Damit dieser Prozess stattfinden kann, muss die Schwerkraft den Innendruck des Gases überwinden, wodurch sich das Material immer weiter verdichtet. Während der Kollaps der Wolke fragmentiert sie sich in kleinere Kerne und wird zu Protosternen. Während des Kollapses steigt der Innendruck erheblich an, wodurch die Kerntemperatur so weit ansteigt, bis Werte erreicht werden, die ausreichen, um Kernfusionsreaktionen auszulösen.

Dieser Prozess findet nur statt, wenn kaltes Gas verfügbar ist, da die niedrige Temperatur den thermischen Druck verringert, der dem gravitativen Kollaps entgegenwirkt. Je kälter das Gas ist, desto leichter lässt es sich komprimieren und desto mehr Masse kann sich ansammeln, bevor der Druck den Kollaps verhindert. In Umgebungen, in denen das Gas heiß, dispergiert oder ionisiert ist, ist die Sternentstehung wesentlich weniger effizient.

Die Rolle von Staub

Diese Wolken können auch Staub enthalten, und wenn das kalte Gas zusammenfällt und Sterne bildet, erwärmen diese jungen Sterne den Staub. Galaxien mit hoher Sternentstehungsrate haben tendenziell heißeren Staub, da diese Temperaturen das Vorhandensein massereicher Sterne widerspiegeln, die oft intensive Strahlung abgeben. Daher gibt die Untersuchung der Temperatur des Gases und des Staubs in Galaxien Aufschluss darüber, wie der Sternentstehungsprozess dort abläuft.

In einer von Euclid veröffentlichten Studie wurde festgestellt, dass sich das Universum allmählich abkühlt und der Höhepunkt der Sternentstehung bereits überschritten ist. Vor etwa 10 Milliarden Jahren lag die durchschnittliche Temperatur der Staubkörner in den analysierten Galaxien noch um etwa 10 °C höher. Dieser Temperaturabfall deutet auf eine Abnahme der Sternentstehung und weniger Strahlung hin, die den Staub erwärmt. Dies zeigt, dass das Universum in Bezug auf die galaktische Aktivität in eine weniger produktive Phase eintritt.

Die Zukunft ist eisig

Die Studie kommt zu dem Schluss, dass die Zukunft des Universums zunehmend kalt und düster erscheint, mit nur wenigen Sternen, die am Himmel leuchten. Die Euclid-Kollaboration gelangte zu diesen Ergebnissen nach der Analyse einer Reihe optischer Daten des Euclid-Teleskops in Kombination mit Infrarotbeobachtungen des Herschel-Satelliten. Zusammen bilden diese Messungen mit etwa 2,6 Millionen Galaxien die größte jemals untersuchte Stichprobe von Galaxien.

Frühere Studien hatten wesentlich kleinere Stichproben und es fehlten einige Galaxienpopulationen, wie beispielsweise Ausreißer. Diese Ausreißer sind Galaxien, die wesentlich heißer oder kälter sind als der im Universum beobachtete Durchschnitt. Trotz der erwarteten Ergebnisse besteht die Neuheit dieser Arbeit darin, dass der Prozess offenbar früher begonnen hat als bisher angenommen.

Quellenhinweis:

Euclid Collaboration 2025 The average far-infrared properties of Euclid-selected star-forming galaxies Astronomy & Astrophysics