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Astronomie+Physik

Neuer Sternenkatalog der Milchstraße

Gaia
Gaia-Teleskop vor der Milchstraße (Bild: ESA/ATG medialab, ESA/Gaia/DPAC)

Seit 2013 durchmustert das Gaia-Weltraumteleskop die Milchstraße mit zuvor unerreichter Präzision. Jetzt haben Astronomen die dritte und bislang umfangreichste Kartierung unserer Heimatgalaxie veröffentlicht. Der Datensatz enthält die Positionen und Bewegungen von rund 1,8 Milliarden Sternen – mehr als je zuvor erfasst. Gleichzeitig liefert das Weltraumteleskop auch neue Informationen über Sterne in der Umgebung unserer Sonne, die Außenbereiche der Milchstraße und die Magellanschen Wolken. Sogar subtile Veränderungen in der Bewegung unseres Sonnensystems enthüllen die neuen Daten.

Das von der europäischen Weltraumagentur ESA entwickelte und betriebene Weltraumteleskop Gaia kreist seit 2013 um den Lagrangepunkt L2 – einen Punkt, der von der Sonne aus gesehen rund 1,5 Millionen Kilometer hinter der Erde liegt. Dort stehen die Anziehungskräfte der Himmelskörper so im Gleichgewicht, dass eine stabile, sparsame Bahn mit ungestörtem Blick auf den Sternenhimmel möglich ist. Das Gaia-Observatorium vermisst Entfernung, Spektrum und Bewegung von Sternen in der Milchstraße mithilfe mehrere Spiegelteleskope, CCD-Sensoren und Spektrometer. Alle Sterne geraten dabei mehrfach in den Beobachtungsbereich des Teleskops. Pro Tag beobachtet Gaia im Schnitt 850 Millionen Objekte und sammelt dabei rund 20 Gigabyte an Daten. Insgesamt ist es das Ziel der Mission, rund zwei Milliarden Himmelskörper in der Milchstraße zu kartieren.

Der aus diesen Daten resultierende dreidimensionale Sternenkatalog bietet entscheidende Einblicke in die Geschichte unserer Heimatgalaxie, aber auch darin, wie sie sich in Zukunft verändern wird. „Die beiden ersten Gaia-Kataloge wurden im September 2016 und April 2018 veröffentlicht und haben unter anderem unser Bild von der Entwicklung der Milchstraße bereits nachhaltig beeinflusst“, erläutert Alessandra Roy, Gaia-Projektleiterin beim Deutschen Zentrum für Luft und Raumfahrt (DLR). Gleichzeitig liefern die Daten auch Informationen über die Entwicklung von Sternen und Sternenresten. So ermöglichte es der zweite Katalog, das sogenannte Hertzsprung-Russell-Diagramm zu überprüfen und zu präzisieren. Dieses Diagramm zeigt, wie sich die Sternenmerkmale im Verlauf ihres Lebens verändern und bildet die Grundlage für die Klassifizierung der verschiedenen Sternenarten.

Einblicke in alte Kollisionen und aktuelle Nachbarn

Jetzt haben Astronomen den dritten Gaia-Datensatz veröffentlicht. Er umfasst mit rund 1,8 Milliarden Himmelskörpern etwa 100 Millionen Objekte mehr als zuvor. Zudem kartiert er die Bewegung und das Spektrum von 1,5 Milliarden Sternen – das ermöglicht es noch besser und präziser als zuvor, Rückschlüsse über die Herkunft und das Alter verschiedener Sternenströme und -populationen in der Milchstraße zu ziehen. So zeigen die neuen Daten, dass es oberhalb der Hauptebene unserer Galaxie einen Strom langsamer, aufs Zentrum hinwandernder Sterne gibt. Unterhalb der galaktischen Ebene dagegen bewegt sich ein schnellerer Sternenstrom nach oben. Astronomen vermuten, dass diese neu identifizierten Sternenströme Relikte einer alten Beinahe-Kollision unserer Galaxie mit der benachbarten Sagittarius-Zwerggalaxie sind. Aus früheren Beobachtungen ist bekannt, dass dieser kleine Nachbar der Milchstraße schon mehrfach durch deren Randbereiche gewandert ist.

Ebenfalls neu im dritten Datensatz ist ein genauerer Blick auf die Sterne in der Umgebung unseres Sonnensystems. Lange waren nur Objekte im Umkreis von weniger als 100 Lichtjahren genauer erfasst und kartiert. Der neue Gaia-Katalog listet nun die Eigenschaften und Positionen von mehr als 330.000 Sternen im Umkreis von 326 Lichtjahren um unsere Sonne – das entspricht rund 92 Prozent aller Objekte in diesem Gebiet. Parallel dazu hat Gaia seinen Blick aber auch in die Außenbereiche unserer Heimatgalaxie gerichtet und sogar darüber hinaus. Der neue Katalog zeigt Bewegungen von Sternen in den beiden Magellanschen Wolken und zwei Zwerggalaxien in 160.000 beziehungsweise 200.000 Lichtjahren Entfernung. Diese Daten enthüllen unter anderem, dass die Große Magellansche Wolke trotz ihrer unregelmäßigen, diffus erscheinenden Form eine Spiralstruktur besitzt.

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Das Sonnensystem wird schneller

Neues liefert der Gaia-Katalog aber auch zu unserem Sonnensystem. Denn aus der Bewegung der Sterne um uns herum können Astronomen auch darauf schließen, auf welcher Bahn und mit welcher Geschwindigkeit sich unser Heimatstern um das Milchstraßenzentrum bewegt. Demnach erfährt das Sonnensystem im Laufe der Zeit eine leichte Beschleunigung, seine Geschwindigkeit verändert sich in jeder Sekunde um 0,23 Nanometer pro Sekunde – dies entspricht einer Abweichung um einen Atomdurchmesser pro Sekunde. Im Jahr addiert sich dies zu einer Beschleunigung, die unser Sonnensystem rund 115 Kilometer weiter voranbringt als noch im Jahr davor.


(Video: European Space Agency (ESA))

„Der neue Gaia-Katalog verspricht schon jetzt, eine wahre Schatzgrube für Astronomen zu werden“, sagt Jos de Bruijne von der ESA. Der Astronom Floor van Leeuwen von der University of Cambridge ergänzt: „Diese Daten bilden eine der Säulen der Astrophysik, denn sie erlauben es uns, unsere stellare Nachbarschaft zu untersuchen und entscheidende Fragen über den Ursprung und die Zukunft unserer Galaxie zu klären.“ Und die Geschichte von Gaia geht weiter: Ursprünglich war das Ende der Gaia-Mission für das Jahr 2019 geplant. Da alle Instrumente an Bord des Satelliten noch voll funktionsfähig sind, soll die Sonde aber noch bis zum Jahr 2025 Daten sammeln – dann werden die für die Ausrichtung des Satelliten benutzen Gasvorräte an Bord voraussichtlich vollständig verbraucht sein. Weitere, noch vollständigere Veröffentlichungen des Gaia-Kataloges sind ab dem Jahr 2022 geplant.

Quelle: ESA/ Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)

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