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.