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Astronomie|Physik

Gaia: Volkszählung in der Milchstraße

Gaia
Der Gaia-Satellit der ESA hat inzwischen Merkmale und Bewegung von fast zwei Milliarden Sternen in der Milchstraße kartiert. © ESA/ATG medialab, ESA/Gaia/DPAC

1,5 Millionen Kilometer von uns entfernt folgt eines der wichtigsten Werkzeuge der Astronomie der Erde auf ihrer Bahn: das europäische Weltraumobservatorium Gaia. Sein Ziel ist es, die Milliarden von Sternen in unserer kosmischen Heimat, der Milchstraße, zu kartieren. Jetzt sind Astronomen diesem Ziel ein Stück näher gekommen: Mit seinem dritten Datenkatalog liefert Gaia Daten zur Bewegung, Temperatur, Chemie und dem Alter von fast zwei Milliarden Sternen. Teil des Pakets ist auch die bisher umfassendste chemische Karte unserer Galaxie, die die Elementzusammensetzung von Sternen und damit die „chemische DNA“ der Galaxie enthüllt. Die neuen Daten ermöglichen einzigartige neue Einblicke in die Struktur und Entwicklung unserer Milchstraße.

Die Milchstraße ist unsere kosmische Heimat, unsere Sonne ist einer von mehr als 100 Milliarden Sternen in dieser Galaxie. Dennoch kennen wir bisher nur Teile ihrer Struktur, Zusammensetzung und bewegten Geschichte. Denn von unserer Position aus sind viele Teile der Milchstraße schwer zu sehen, sie werden von Staub- und Gaswolken oder vom galaktischen Zentrum verdeckt. Zudem macht die schiere Menge an Himmelskörpern und anderer kosmischen Phänomen es schwer, den Überblick zu bekommen. Um mehr Klarheit zu schaffen, hat die europäische Weltraumagentur ESA im Jahr 2013 das Weltraumobservatorium Gaia ins All geschickt. Seither durchmustert dieser am Lagrangepunkt 2, rund 1,5 Millionen Kilometer hinter der Erde positionierte Satellit unsere Heimatgalaxie mithilfe mehrerer Teleskope und Sensoren. Das Observatorium nimmt hunderte kosmischer Objekte pro Sekunde ins Visier und sammelt Informationen über ihre Entfernung, ihr Spektrum und ihre Bewegung. Ziel der Mission ist es, die Milchstraße so genau und vollständig wie möglich in drei Dimensionen zu kartieren.

Galaxienkarten
Auf den neuen Gaia-Daten beruhende Karten der Radialgeschwindigkeit und der Radialgeschwindigkeit gekoppelt mit seitlicher Bewegung der Sterne, der Staubverteilung und der Metallizität der Sterne in der Milchstraße.
© ESA/Gaia/DPAC/ CC-by-sa 3.0 IGO

Merkmale und Positionen von 1,8 Milliarden Sternen kartiert

Jetzt hat die ESA den dritten Datenkatalog der Gaia-Mission vervollständigt und veröffentlicht. Er enthält neue Details zu den rund 1,8 Milliarden Sternen, darunter Daten zur chemischen Zusammensetzung, den Sterntemperaturen, Farben, Massen sowie dem Alter und der Geschwindigkeit, mit der sich Sterne bewegen. „Diese Datenveröffentlichung repräsentiert einen großen Fortschritt auf unserem Weg zu einer detaillierten ‚Volkszählung‘ der Milchstraße und charakterisiert schon einen substanziellen Teil seiner stellaren Bewohner“, sagt Nicholas Walton von der University of Cambridge. „Ähnlich wie beim 100.000-Genome-Projekt in der Biologie können wir nun hunderte Millionen von Sternen charakterisieren und das ermöglicht es uns, ihre Lebenszyklen zu verfolgen und die unglaubliche Geschichte und Zukunft unserer Milchstraße besser zu verstehen.“ Auch tausende Objekte des Sonnensystems wie Asteroiden und Monde von Planeten sowie Millionen von Galaxien und Quasaren außerhalb der Milchstraße sind im neuen Datensatz enthalten.

Zu den auch für die Astronomen überraschendsten Entdeckungen in den neuen Daten gehört, dass der Gaia-Satellit sogar Sternenbeben detektieren kann – winzige Bewegungen auf der Oberfläche eines Sterns, die seine Form verändern. So hat das Observatorium schon zuvor radiale Schwingungen nachgewiesen, die Sterne regelmäßig anschwellen und schrumpfen lassen. Inzwischen hat Gaia auch nicht-radiale Schwingungen entdeckt, die den gesamten Stern verformen. Sie laufen wie ein gewaltiger Tsunami einmal durch den Stern hindurch. „Sternenbeben lehren uns eine Menge über die Sterne, insbesondere über ihr Innenleben. Gaia ist eine Goldgrube für die ‚Asteroseismologie‘ massereicher Sterne“, sagt Conny Aerts von der Katholischen Universität Leuven in Belgien.

Eine chemische Karte unserer Galaxie

Ebenfalls Teil des neuen Gaia-Datensatzes ist die bisher größte chemische Karte unserer Galaxie. Sie zeigt die Elementzusammensetzung von Sternen und ihre Verteilung von der Nachbarschaft der Sonne bis in die fernsten Außenbereiche der Milchstraße. Weil das interstellare Medium in der Frühzeit des Kosmos fast nur Wasserstoff und kaum schwere Elemente enthielt und erst durch Supernovae allmählich auch größere Atome hinzu kamen, erlaubt der sogenannte Metallgehalt der Sterne auch Rückschlüsse über den Zeitpunkt ihrer Entstehung und ihre Herkunft. „Gaias chemische Kartierung ist mit der Sequenzierung des menschlichen Genoms vergleichbar“, erklärt George Seabroke vom University College London. „Je mehr Sterne wir chemisch charakterisieren können, desto besser können wir auch unsere Galaxie als Ganzes verstehen. Die aktuelle chemische Katalog umfasst sechs Millionen Sterne und ist damit zehnmal umfangreicher als alle früheren erdbasierten Kataloge – das ist wirklich revolutionär.“

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(Video: ESA/Gaia/DPAC)

Neben ihren Merkmalen zeigt der neue Datensatz auch die Bewegungen von Sternen über den Himmel sowie ihre Radialgeschwindigkeit – die Geschwindigkeit, mit der sie auf uns zu oder von uns weg fliegen. Dadurch können Astronomen die dreidimensionale Bewegung dieser Sterne im Detail analysieren. Dies erlaubt Rückschlüsse beispielsweise auf ihren Entstehungsort, ihre Migration oder auch nahe Passagen an anderen Sternsystemen. Auch im Gaia-Datensatz enthalten ist ein neuer Katalog von mehr als 800.000 Doppelsternsystemen in der Milchstraße sowie eine neue Asteroidenkartierung, die die Position und Bewegung von 156.000 steinigen Objekten in unserem Sonnensystem erfasst. Auch nähere Informationen über zehn Millionen veränderliche Sterne, den Staub im interstellaren Medium sowie über Quasare und Galaxien außerhalb unserer Galaxie sind im Datenpaket enthalten.

„Anders als bei anderen Missionen, die auf bestimmte Objekte abzielen, handelt es sich bei der Mission Gaia um eine Durchmusterungsmission. Das bedeutet, dass Gaia zwangsläufig Entdeckungen machen wird, die anderen, spezielleren Missionen entgehen“, sagt Timo Prusti, von der Europäischen Weltraumagentur ESA. „Das ist eine ihrer Stärken und wir können es kaum abwarten, dass die Astronomen in die neuen Daten eintauchen und noch mehr über unsere Heimatgalaxie und ihre Umgebung herausfinden.“

Quelle: European Space Agency (ESA); Gaia Data Release 3

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