Robert Klatt
Die ersten Sterne des Universums entstanden nur wenige hundert Millionen Jahre nach dem Urknall. Nun wurde entdeckt, dass ihre Supernovae ausreichend Sauerstoff produziert haben, um Wassermoleküle zu bilden. Wasser ist somit deutlich früher entstanden als die Astronomie bisher angenommen hat.
Portsmouth (England). Die ersten Sterne des Universums entstanden bereits wenige hundert Millionen Jahre nach dem Urknall. Sie haben durch ihre Kernfusion die ersten schweren Elemente produziert, darunter auch Sauerstoff, der zusammen mit Wasserstoff das Molekül Wasser bildet. Die Astronomie hat bislang den ältesten Nachweis von Wasser auf etwa 780 Millionen Jahre nach dem Urknall datiert. Weil die ersten Sterne und Galaxien bereits deutlich früher entstanden sind, gibt es Thesen, laut denen die ersten Wassermoleküle deutlich früher entstanden sind.
Forscher der University of Portsmouth (UoP) haben nun untersucht, ob die erste Sternengeneration, die auch als Population-III-Sterne bezeichnet werden, bereits Wassermoleküle gebildet haben. Dazu haben sie eine Simulation erstellt, die zeigt, was während und nach einer Supernova der allerersten Sternengeneration im Weltraum passiert. Der Fokus lag dabei auf dem freigesetzten Sauerstoff und der Reaktion des Sauerstoffs mit dem Wasserstoff in seiner kosmischen Umgebung.
Laut der Publikation im Fachmagazin Nature Astronomy hat die erste simulierte Supernova eines Sterns mit rund 13 Sonnenmassen 0,05 Erdmassen an Sauerstoff freigesetzt. Bei der zweiten simulierten Supernova eines Sterns mit 200 Sonnenmassen sind 55 Erdmassen Sauerstoff entstanden. Die Simulationen zeigen zudem, dass bei den Supernovae ausreichend Wasserstoff entstanden, um eine chemische Reaktion von Wasserstoff und Sauerstoff zu Wasser zu ermöglichen.
„Nachdem die Sterne explodieren, entsteht der Explosionszone sehr schnell H2 – eine Schlüsselkomponente für die Wasserbildung.“
Die komplexe Simulation zeigt zudem, dass die Explosionswolke sich ausreichend schnell abgekühlt, um eine Wasserbildung im Weltraum zu ermöglichen. Ein Großteil der Wassermoleküle entstand laut der Simulation in Gasklumpen der Supernovaüberreste.
„Sauerstoff aus den Supernova-Ejekta reagiert nun mit atomarem und molekularem Wasserstoff und bildet Wassermoleküle.“
Die Ergebnisse der Simulationen zeigen somit, dass die ersten Wassermoleküle bereits deutlich früher entstanden sind, als die Forschung bislang angenommen hat. Ein Großteil dieses sogenannten primordialen Wassers befand sich in dichten molekularen Wolken und verteilte sich anschließend in den ersten Galaxien.
„Unsere Simulationen enthüllen, dass Wasser und damit eine wichtige Zutat für Leben, schon rund 100 bis 200 Millionen Jahre nach dem Urknall im Universum vorhanden war.“
Die Simulation zeigt zudem, dass eine Supernova eines Population-III-Sterns zwischen einer Millionstel Sonnenmasse und einer Tausendstel Sonnenmasse Wasser produziert hat. Der Wasseranteil in den Gaswolken war damit ähnlich hoch wie in unserem Sonnensystem.
„Durch solche Supernova-Relikte könnte der Wasseranteil in den ersten Galaxien rund 0,1 Milliardstel erreicht haben – das ist nur eine Größenordnung weniger als der Wasseranteil der heutigen Milchstraße.“
Die meisten Wassermoleküle wurden durch die energiereiche UV-Strahlung der Sterne jedoch schnell zerstört. Trotzdem gehen die Forscher davon aus, dass genügend Wasser übrigblieb, um die Bildung der ersten Planeten zu ermöglichen.
Nature Astronomy, doi: 10.1038/s41550-025-02479-w
