Wie schnell nach dem Urknall könnte Wasser existiert haben? Nicht kurz danach, weil Wassermoleküle Sauerstoff enthalten und Sauerstoff zunächst in den ersten Sternen gebildet werden musste. Dann musste sich dieser Sauerstoff in großen Mengen verteilen und mit Wasserstoff vereinen. Eine neue theoretische Arbeit zeigt, dass Wasserdampf in begrenzten Regionen des Raums trotz dieser Schwierigkeiten schon eine Milliarde Jahre nach dem Urknall so reichlich vorhanden gewesen sein könnte wie heute.
„Wir untersuchten die Chemie in jungen Molekülwolken, die tausendmal weniger Sauerstoff enthalten als unsere Sonne. Zu unserer Überraschung stellten wir fest, dass wir so viel Wasserdampf erhalten können, wie wir in unserer eigenen Galaxie sehen“, sagte der Astrophysiker Avi Loeb vom Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA).
Dem jungen Universum fehlte es an Elementen, die schwerer als Wasserstoff und Helium sind. Man nimmt an, dass die ersten Sterngenerationen massereich und kurzlebig waren. Diese Sterne erzeugten Elemente wie Sauerstoff, welche dann durch Sternwinde und Supernova-Explosionen verbreitet wurden. Das resultierte in „Inseln“ aus Gas, die mit schweren Elementen angereichert waren. Sogar diese Inseln waren allerdings viel ärmer an Sauerstoff als das Gas in unserer Milchstraßen-Galaxie heute.
Das Team untersuchte die chemischen Reaktionen, die zur Entstehung von Wasser innerhalb der sauerstoffarmen Umgebung der jungen Molekülwolken führen könnten. Die Wissenschaftler stellten fest, dass sich bei Temperaturen um 300 Kelvin viel Wasser in der Gasphase bilden konnte – trotz des relativen Mangels an Rohmaterial.
„Diese Temperaturen sind wahrscheinlich, weil das Universum damals wärmer war als heute, und das Gas konnte sich nicht effektiv abkühlen“, erklärte der Hauptautor Shmuel Bialy, ein Doktorand an der Tel Aviv University. „Das Leuchten des kosmischen Mikrowellenhintergrunds war heißer, und die Gasdichten waren höher“, ergänzte Amiel Steinberg, ein Co-Autor von der Tel Aviv University.
Obwohl ultraviolettes Licht von Sternen Wassermoleküle aufspalten würde, könnte nach hunderten Millionen Jahren ein Gleichgewicht zwischen der Wasserbildung und der Wasserzerstörung erreicht werden. Das Team fand heraus, dass das Gleichgewicht ähnlich hoch ist wie die Wasserdampflevel , die im lokalen Universum beobachtet werden. „Man kann große Mengen Wasser in der Gasphase aufbauen, sogar ohne die starke Anreicherung schwerer Elemente“, sagte Bialy.
Die aktuelle Arbeit berechnet, wie viel Wasser in der Gasphase innerhalb von Molekülwolken existieren konnte, aus denen später Stern- und Planetengenerationen hervorgingen. Sie beschäftigt sich nicht mit der Frage, wie viel Wasser in Eisform existieren würde (was in unserer Galaxie dominiert), oder welcher Bruchteil des ganzen Wassers tatsächlich in neu entstehende Planetensysteme eingebracht worden sein könnte.
Diese Forschungsarbeit wurde zur Veröffentlichung in den Astrophysical Journal Letters angenommen und ist online verfügbar. Die Autoren sind Shmuel Bialy und Amiel Steinberg (Tel Aviv University), sowie Avi Loeb (CfA). Das Gemeinschaftsprojekt wurde als Teil des Raymond and Beverly Sackler Tel Aviv University – Harvard Astronomy Program durchgeführt.
Das Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) mit Hauptsitz in Cambridge (Massachusetts) ist ein Gemeinschaftsprojekt des Smithsonian Astrophysical Observatory und des Harvard College Observatory. Wissenschaftler aus sechs Forschungsabteilungen untersuchen hier den Ursprung, die Entwicklung und das endgültige Schicksal des Universums.
Quelle: https://www.cfa.harvard.edu/news/2015-14
(THK)
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