Das erste Mal, im Jahr 2005, hätte es noch Anfängerglück sein können. Da fand eine 25-jährige deutsche Astronomin den bis dahin "metallärmsten" bekannten Stern. Ein Methusalem am Himmel, der kurz nach dem Urknall geboren worden war. Hunderte von Nächten hatte sich Anna Frebel damals um die Ohren geschlagen, um die Spektren einzelner Sonnen am Himmel zu vermessen. Und sie fand die Nadel im Heuhaufen.

Nun liefert sie den Beweis, dass ihre Methode keine Zufallstreffer liefert: Zusammen mit ihrem Team beschreibt sie im Magazin Nature einen neuen Rekordhalter. Die Sonne im südlichen Sternbild Kleine Wasserschlange, kurz SMSS0313 - 6708 genannt, gehört mit ziemlicher Sicherheit zur zweiten Generation von Sternen, die kurz nach der Geburt des Kosmos vor 13,7 Milliarden Jahren entstanden. Ein himmlischer Senior, gegen den unsere Sonne mit ihren 4,5 Milliarden Jahren ein junges Küken ist. Alt ist der Stern – und einsam: Er wird nicht von Planeten umkreist, weil es zur Zeit seiner Geburt noch nicht das Material gab, aus dem sich felsige Trabanten formen ließen.

Nicht dass Anna Frebel noch etwas hätte beweisen müssen. Sie ist inzwischen Physikprofessorin am renommierten MIT im amerikanischen Cambridge in Massachusetts und in der Astronomenzunft hoch angesehen. Die noch immer wie eine Studentin wirkende Astrophysikerin hält unter anderem auf Kreuzfahrtschiffen Vorträge über ihre Forschung – die Astronomie ist ihre Passion, und sie kann andere mit ihrer Begeisterung anstecken. Auch ein Buch über ihre Arbeit hat sie geschrieben: Auf der Suche nach den ältesten Sternen, erschienen im Jahr 2012.

Anna Frebel ist Sternenarchäologin. Sie versucht, in unserer Milchstraße und deren Außenbezirken möglichst alte Sterne zu finden, weil die den Forschern Auskunft über die Frühzeit unseres Universums geben können. Der Schlüssel dazu ist die "Metallizität" der Sonnen. Je weniger Metall, desto älter.

Das chemische Periodensystem, mit dem die Altertumsforscher im All arbeiten, ist erstaunlich einfach. Statt der mehr als 100 Elemente, mit denen sich Chemiestudenten quälen müssen, hat es nur drei: Wasserstoff, Helium und "Metalle" – damit sind alle Atomkerne mit mehr als drei Protonen gemeint. Sauerstoff und Kohlenstoff sind für sie ebenso Metalle wie Eisen und Gold. Der Grund für diese simple Sicht der Welt: Als etwa 300 Millionen Jahre nach dem Urknall die ersten Sterne aus Gaswolken kondensierten, gab es nur Wasserstoff, Helium und winzige Spuren des Elements Nummer 3, Lithium. Alle weiteren Elemente mussten noch produziert werden.

Die Riesen von einst sind ausgestorben

Das geschah zunächst im Inneren der ersten Sterne. Das waren Riesen, etwa hundert Mal so schwer wie unsere Sonne. Je schwerer ein Stern aber ist, umso heißer wird dank der Schwerkraft das Fusionsfeuer in seinem Inneren. Die Atome in den ersten Sternen wurden innerhalb weniger Millionen Jahre per Kernfusion zu immer schwereren Elementen "verbrannt", bis der Prozess beim Element Eisen (Ordnungszahl 26) endete. Der ausgebrannte Eisenstern explodierte in einer Supernova und schleuderte seine Hülle in den Raum, der Eisenkern kollabierte zu einem Schwarzen Loch. In dieser kosmischen Katastrophe entstanden dann alle weiteren Elemente, aus denen der Kosmos besteht – etwa, wenn Atome frei herumfliegende Neutronen einfingen und so zu Gold wurden.

Von den Riesen der ersten Generation ist heute keiner mehr am Leben. Erst in der zweiten Generation, als die kosmischen Gaswolken schon Metalle enthielten, bildeten sich kleinere Sterne mit höherer Lebenserwartung, die bis heute strahlen. Und das bedeutet: Der Stern, den Anna Frebel entdeckt hat, gehört zu den ältesten, die wir überhaupt beobachten können.

Mit jeder Generation im Zyklus von Entstehen und Vergehen wächst die sogenannte Metallizität, der Anteil höherer Elemente in der Sternenmasse. Wer nach alten Sternen sucht, sucht also nach metallarmen Sternen. Wie viel Metall ein Stern enthält, kann man ihm zunächst nicht ansehen – alle Sterne sind mehr oder weniger helle Punkte am Himmel.