Supernovae sollten Licht den Weg freimachen, neue Hubble-Daten widersprechen

Gewaltige Sternexplosionen sollten den Weg für energiereiche Strahlung freimachen. Doch neue Beobachtungen mit dem Hubble-Weltraumteleskop zeigen einen überraschenden Zusammenhang: Je schneller das Gas aus einer Galaxie strömt, desto weniger Strahlung kann entweichen. Die Entdeckung könnte erklären, was vor rund 13 Milliarden Jahren im Universum geschah.

Supernovae gehören zu den gewaltigsten Explosionen im Universum. Wenn massereiche Sterne am Ende ihres Lebens explodieren, schleudern sie große Mengen Materie ins All und setzen enorme Energiemengen frei. Dabei entstehen Gasströmungen, die weit über die Umgebung der explodierten Sterne hinausreichen können.

Astronominnen und Astronomen vermuteten bislang, dass diese sogenannten galaktischen Winde eine wichtige Rolle bei der Entwicklung des frühen Universums spielten. Sie sollten Gas aus dem Weg räumen, damit energiereiche Strahlung aus jungen Galaxien entweichen konnte.

Eine internationale Forschungsgruppe um Cody Carr von der University of Michigan hat nun Hinweise auf einen gegenteiligen Effekt gefunden. Die am 15. Oktober 2026 in Nature Astronomy veröffentlichte Studie zeigt, dass besonders schnelle galaktische Winde mit einem geringeren Anteil entweichender Strahlung verbunden sind.

„Im Grunde entweicht die ionisierende Strahlung aus diesen Galaxien nicht auf die Weise, wie wir bisher dachten“, erklärt Carr in einer Pressemitteilung der University of Michigan vom 21. Oktober 2026.

Hubble untersucht sechs Galaxien

Für ihre Untersuchung nutzten die Forschenden das Hubble-Weltraumteleskop. Sie analysierten sechs vergleichsweise nahe gelegene Galaxien, in denen besonders viele neue Sterne entstehen. Solche Starburst-Galaxien besitzen einige Eigenschaften, die auch für junge Galaxien aus der Frühzeit des Universums typisch gewesen sein dürften.

Die sechs Objekte befinden sich in unterschiedlichen Entwicklungsphasen ihrer Sternentstehung. Dadurch konnte das Team untersuchen, wie sich die Gasströmungen und die Strahlungsdurchlässigkeit mit dem Alter der jungen Sternpopulation verändern.

Die Forschenden werteten dafür ultraviolette Spektren aus. Darin hinterlässt das Gas charakteristische Absorptionslinien, weil es Licht bestimmter Wellenlängen aufnimmt. Aus der Lage und Form dieser Linien lässt sich unter anderem ableiten, mit welcher Geschwindigkeit sich das Gas bewegt.

Anschließend verglichen die Wissenschaftler die Eigenschaften der Gasströmungen mit dem Anteil der ionisierenden Strahlung, der die jeweiligen Galaxien verlassen konnte.

Dabei zeigte sich ein auffälliges Muster: Galaxien mit besonders schnellen und ausgeprägten Gasströmungen ließen einen geringeren Anteil der energiereichen Strahlung entweichen.

In den ersten drei Millionen Jahren entweicht besonders viel Strahlung

Besonders interessant ist der zeitliche Verlauf, den die Forschenden aus ihren Beobachtungen ableiten.

In den jüngsten untersuchten Sternentstehungsgebieten, deren Sternpopulationen weniger als drei Millionen Jahre alt sind, konnte ein vergleichsweise großer Anteil ionisierender Strahlung entweichen. Dort dominierten die intensive Strahlung massereicher Sterne und ihre Sternwinde. Schnelle, großräumige galaktische Winde hatten sich noch nicht ausgebildet.

In älteren Systemen mit einem Alter von mehr als drei Millionen Jahren beobachtete das Team dagegen schnellere galaktische Winde, stärkere Absorptionsmerkmale des Gases und mehr Staub. Gleichzeitig war der Anteil entweichender Strahlung geringer.

Diesen Anteil bezeichnen Astronomen als Escape Fraction oder Entweichungsanteil. Er gibt an, wie viele der erzeugten ionisierenden Photonen eine Galaxie tatsächlich verlassen. Beträgt er beispielsweise 10 %, gelangen von 100 erzeugten Photonen im Mittel zehn nach außen.

Die Beobachtungen sprechen dafür, dass die Strahlung besonders früh entweichen kann, bevor die ersten Supernovae ausreichend starke galaktische Winde erzeugen.  „Unsere Beobachtungen zeigen, dass diese Photonen entweichen, bevor sich galaktische Winde bilden“, sagt Carr in der Pressemitteilung.

Warum Supernovae die Strahlung möglicherweise abschirmen

Die Forschenden vermuten, dass Supernova-Explosionen das Gas innerhalb der Galaxien anders verteilen als bislang angenommen.

Zwar können die Explosionen gewaltige Gasmengen beschleunigen und aus bestimmten Regionen verdrängen. Dabei wird das Material aber nicht einfach vollständig entfernt. Die entstehenden Strömungen können weiteres Gas mitreißen und die Verteilung von neutralem Wasserstoff und Staub verändern.

Das könnte dazu führen, dass ein größerer Teil der ionisierenden Strahlung absorbiert wird, bevor er die Galaxie verlassen kann.

„Es scheint, dass die Energiezufuhr durch Supernovae die Umgebung aufgewühlt und die Abschirmung durch neutrales Gas und Staub verstärkt statt verringert hat“, erklärt Stephan McCandliss von der Johns Hopkins University in der Pressemitteilung.

Die Studie zeigt zunächst einen Zusammenhang zwischen der Entwicklung galaktischer Winde und dem Entweichen ionisierender Strahlung. Die stärkere Abschirmung durch das von Supernovae bewegte Gas ist die physikalische Erklärung, die das Forschungsteam aus den Beobachtungen ableitet.

Was hat das mit dem frühen Universum zu tun?

Die Untersuchung betrifft eine grundlegende Frage der Kosmologie: Wie wurde das Universum nach der Entstehung der ersten Sterne und Galaxien ionisiert?

Rund 380.000 Jahre nach dem Urknall hatte sich das Universum so weit abgekühlt, dass sich Elektronen und Atomkerne zu neutralen Atomen verbinden konnten. Der Raum zwischen den später entstehenden Galaxien enthielt große Mengen neutralen Wasserstoffs.

Dieser Wasserstoff absorbiert besonders energiereiche ultraviolette Strahlung. Erst die ersten Sterne und Galaxien erzeugten ausreichend viele Photonen, um Elektronen aus den Wasserstoffatomen herauszulösen. Dafür benötigt ein Photon mindestens 13,6 Elektronenvolt Energie.

Dieser Prozess wird als kosmische Reionisierung bezeichnet. Er veränderte den Zustand des intergalaktischen Wasserstoffs innerhalb der ersten Milliarde Jahre nach dem Urknall grundlegend.

Als wichtige Strahlungsquellen gelten junge, sternbildende Galaxien. Auch das James-Webb-Weltraumteleskop liefert dazu Beobachtungsdaten. Auf ingenieur.de wurde bereits berichtet, welche Rolle kleine Galaxien bei der Reionisierung des Universums gespielt haben könnten.

Die neue Hubble-Studie beschäftigt sich mit einer anderen Frage: Wie konnten die energiereichen Photonen diese Galaxien überhaupt verlassen?

Denn selbst wenn zahlreiche Sterne genügend Strahlung erzeugten, musste diese zunächst das Gas und den Staub ihrer Heimatgalaxien überwinden. Erst danach konnte sie den Wasserstoff im Raum zwischen den Galaxien ionisieren.

Junge Sterne könnten wichtiger gewesen sein als ihre Explosionen

Die Hubble-Ergebnisse lenken die Aufmerksamkeit auf eine Phase im Leben massereicher Sterne, die bisher möglicherweise unterschätzt wurde.

Schon vor ihrer Explosion beeinflussen diese Sterne ihre Umgebung erheblich. Sie senden intensive ultraviolette Strahlung aus und verlieren durch starke Sternwinde kontinuierlich Materie.

Diese Prozesse können das umgebende Gas aufheizen, ionisieren und verdrängen. Dadurch entstehen möglicherweise bereits früh Bereiche, durch die ein größerer Teil der energiereichen Strahlung entweichen kann.

Für die kosmische Reionisierung könnten deshalb gerade die ersten Millionen Jahre intensiver Sternentstehung von besonderer Bedeutung gewesen sein. „Unsere Ergebnisse unterstreichen die Notwendigkeit zu untersuchen, wie Strahlung und Winde junger Sterne das umgebende Gas beeinflussen, bevor die ersten Supernovae explodieren“, sagt Renyue Cen von der Zhejiang University. Er gehört zu den leitenden Autoren der Studie.

Die Erkenntnisse betreffen auch Computersimulationen der frühen Galaxienentwicklung. Darin spielen Supernovae eine wichtige Rolle, weil ihre Explosionen Energie in das umgebende Gas eintragen und dessen Bewegung beeinflussen.

Die Forschenden schlagen nun vor, die Prozesse vor den ersten Sternexplosionen genauer zu berücksichtigen. Ihre Beobachtungen deuten darauf hin, dass der Entweichungsanteil ionisierender Strahlung in jungen Sternentstehungsgebieten zunächst besonders hoch ist und mit der Ausbildung stärkerer galaktischer Winde sinkt.

Untersucht wurden allerdings sechs nahe gelegene Galaxien und nicht die ersten Galaxien des Universums selbst. Die Ergebnisse liefern damit neue Hinweise auf die Bedingungen während der kosmischen Reionisierung. Ob die damals entstandenen Galaxien denselben zeitlichen Verlauf durchliefen, muss weitere Forschung zeigen.

Quellen

• Carr et al.: „Lyman continuum escape during the onset of galactic winds in compact starbursts“, Nature Astronomy, 15. Oktober 2026 – Originalstudie, Abstract und Abbildungsinformationen.
• University of Michigan: „Hubble observations challenge supernova winds’ role in cosmic reionization“, 21. Oktober 2026 – Pressemitteilung mit Aussagen der beteiligten Forschenden.