Was verraten uns die ältesten Sterne über das Alter des Universums?

Das Alter des Universums wird im Allgemeinen anhand kosmologischer Modelle geschätzt, die auf der kosmischen Expansionsrate basieren. Beobachtungen der kosmischen Mikrowellenhintergrundstrahlung helfen dabei, die Parameter des standardmäßigen kosmologischen Modells, bekannt als Lambda-CDM-Modell, zu bestimmen. Aus diesen Parametern, einschließlich der Expansionskonstante, lässt sich die seit dem Urknall verstrichene Zeit berechnen. Aktuelle Ergebnisse deuten darauf hin, dass das Universum etwa 13,8 Milliarden Jahre alt ist.

Unabhängige Messungen der aktuellen Expansionsrate des Universums haben jedoch zur Entstehung der sogenannten Hubble-Spannung geführt. Dieses Problem entsteht, weil sich die mit einer bestimmten Messmethode ermittelten Werte der Expansionskonstante von denen unterscheiden, die mit anderen Messmethoden ermittelt wurden. Wenn die tatsächliche Expansionsrate von der im Standardmodell vorhergesagten abweicht, kann sich dies auch auf das geschätzte Alter des Universums auswirken. So ist beispielsweise ein Universum, das sich schneller ausdehnt, tendenziell jünger.

In jüngsten Studien wurde nach einem neuen Ansatz zur Lösung dieses Problems gesucht, indem das Alter alter Sterne in der Milchstraße analysiert wurde. Anhand von Beobachtungsdaten wählten die Forscher Sterne aus, die in den frühesten Phasen der galaktischen Entwicklung entstanden waren, und bestimmten deren Alter. Da diese Sterne kurz nach dem Urknall entstanden sind, liefert ihr Alter eine verlässliche Untergrenze für das Alter des Universums. Die Analysen deuten auf einen sehr wahrscheinlichen Wert nahe 13,6 Milliarden Jahren hin.

Alter des Universums

Das Alter des Universums wird anhand kosmologischer Modelle geschätzt, die seine Entwicklung seit dem Urknall beschreiben. Der wichtigste Parameter bei dieser Berechnung ist die Expansionskonstante, auch Hubble-Konstante genannt, die die Expansionsrate bestimmt. Anhand dieser Expansionsrate lässt sich die Geschichte der Expansion des Universums mathematisch rekonstruieren.

Diese Schätzungen werden im Rahmen des sogenannten Lambda-CDM-Modells berechnet, dem am weitesten verbreiteten Modell zur Beschreibung der Entwicklung des Universums. In diesem Modell steht der Lambda-Term für das Vorhandensein von dunkler Energie, die für die Beschleunigung der kosmischen Expansion verantwortlich ist, während CDM für kalte dunkle Materie steht. Das Alter des Universums entspricht der seit Beginn der Expansion verstrichenen Zeit, die durch die Integration dieser kosmologischen Gleichungen bestimmt wird.

Hubble-Spannung

Unterschiedliche Messungen der Hubble-Konstante führen zu unterschiedlichen Schätzungen der Expansionsrate des Universums. Die aus der kosmischen Mikrowellenhintergrundstrahlung gewonnenen Werte liegen systematisch unter denen, die aus Beobachtungen von Cepheiden und Supernovae vom Typ Ia abgeleitet wurden. Jede Abweichung im Wert der Hubble-Konstante verändert die Rekonstruktion der Geschichte der kosmischen Expansion. Diese Inkonsistenz deutet darauf hin, dass es im aktuellen kosmologischen Modell möglicherweise Effekte gibt, die noch nicht vollständig verstanden sind.

Diese Diskrepanz wirkt sich unmittelbar auf die Schätzungen des Alters des Universums im Rahmen des Lambda-CDM-Modells aus. Im Allgemeinen bedeutet ein höherer Wert der Hubble-Konstante, dass sich das Universum schneller ausdehnt, was tendenziell zu einem jüngeren kosmologischen Alter führt. Umgekehrt deuten niedrigere Werte der Konstante auf eine langsamere Ausdehnung und folglich auf ein älteres Universum hin. Da verschiedene Beobachtungsmethoden unterschiedliche Schätzungen für diesen Parameter liefern, ergeben sich auch kleine Abweichungen bei den abgeleiteten Altersangaben des Universums.

Uralte Sterne

Sehr alte Sterne helfen dabei, eine Untergrenze für das Alter des Universums zu schätzen, da das Universum selbst nicht jünger sein kann als diese Sterne. Eine Studie kam zu dem Schluss, dass es durch die hochpräzise Schätzung des Alters der ältesten Sterne in der Milchstraße möglich ist, Einschränkungen für das kosmologische Modell festzulegen. Auf diese Weise fungieren die ältesten Sterne als kosmische Fossilien, da sie die frühesten Stadien der Sternentstehung nach dem Urknall dokumentieren.

Eine neue Studie stützte sich auf Daten des Gaia-Teleskops, das hochpräzise Messungen von Sternparallaxen und Spektren lieferte. Dieser neue Datensatz von Gaia ermöglichte es den Forschern, Parameter wie Masse, Temperatur und Leuchtkraft zu bestimmen. Aus diesem umfangreichen Datensatz wählten die Forscher eine kleine Gruppe sehr alter Sterne mit besonders zuverlässigen Altersschätzungen aus. Für eine Stichprobe von etwa 100 Sternen deuten die Ergebnisse auf ein höchstwahrscheinliches Alter von etwa 13,6 Milliarden Jahren hin.

Die Theorie des Urknalls

Dieser Wert stimmt mit den kosmologischen Schätzungen überein, die aus der kosmischen Mikrowellenhintergrundstrahlung abgeleitet wurden. Dies ändert nichts am kosmologischen Modell und stellt auch die Existenz des Urknalls nicht in Frage. Vielmehr dient er als unabhängiger Nachweis für die Konsistenz des Lambda-CDM-Modells. Tatsächlich muss jede zuverlässige Schätzung des Alters des Universums mit dem Entstehungszeitpunkt der ersten Sterngenerationen nach Beginn der kosmischen Expansion vereinbar sein.

Wenn das Alter der ältesten Sterne nahe an den kosmologischen Schätzungen liegt, diese jedoch geringfügig unterschreitet, wird der Zusammenhang zwischen astrophysikalischen Beobachtungen und theoretischen Vorhersagen gestärkt. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass der allgemeine Zeitablauf des Universums weiterhin mit den aktuellen Modellen der kosmischen Entwicklung übereinstimmt. Daher stellen Messungen an Sternen einen wichtigen Beobachtungstest zur Überprüfung der Gesamtstruktur der modernen Kosmologie dar.

Quellenhinweis:

Tomasetti et al. 2026 The Oldest Milky Way Stars: New Constraints on the Age of the Universe and the Hubble Constant Astronomy & Astrophysics