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Astronomie+Physik

Riesenwelle in der Milchstraße

Radcliffe-Welle
Diese Illustration zeigt die Lage und Ausdehnung der Radcliffe-Welle in der Milchstraße. (Bild: Alyssa Goodman/ Harvard University)

Obwohl die Milchstraße unsere galaktische Heimat ist, birgt sie noch immer Überraschungen – insbesondere in Bezug auf ihre großräumigen Strukturen. Eine davon haben Astronomen jetzt quasi „vor unserer Haustür“ entdeckt: Es handelt sich um ein gigantisches, wellenförmiges Band aus miteinander verknüpften Sternbildungsregionen. Das Überraschende daran: Seit rund 150 Jahren glaubten Astronomen, dass diese Sternenwiegen unser Sonnensystem grob ringförmig umgeben. Erst neue Beobachtungsdaten des Gaia-Satelliten haben nun das 9000 Lichtjahre lange Band dieser „Radcliffe-Welle“ getauften Struktur enthüllt.

Schon vor mehr als 150 Jahren fiel den Astronomen Benjamin Gould und John Herschel auf, dass sich helle, junge Sterne, interstellare Gaswolken und Sternentstehungsgebiete entlang eines Bogens am Nachthimmel zu konzentrieren schienen. Sie schlossen daraus, dass die Sonne und ihre galaktische Umgebung von einem sich ausdehnenden Ring aus Sternen, Gas und Staub umgeben ist – dem sogenannte Gouldschen Gürtel. Gängiger Annahme nach ist dieser Ring um 20 Grad gegenüber der Hauptebene der Milchstraße geneigt. Doch welche dreidimensionale Form und Größe diese großräumige Ansammlung von Sternenwiegen tatsächlich hat, blieb bis heute offen. Denn den Astronomen fehlten die technischen Möglichkeiten, ihre Entfernung näher zu bestimmen. „Um die Masse solcher Gaswolken und ihre Größe abzuschätzen, muss man wissen, wie weit entfernt sie sind“, erklärt Co-Autorin Alyssa Goodman von der Harvard University.

Riesiges Band statt ringförmiger Gürtel

Genau diese Daten hat nun der europäische Gaia-Satellit den Astronomen geliefert. Dieses Weltraumteleskop durchmustert seit 2013 unsere Milchstraße in nie zuvor erreichter Präzision und hat seither die Positionen und Entfernungen von fast 1,7 Milliarden Sternen bestimmt und auch die Bewegungen dieser Sterne kartiert. Mithilfe dieser Daten haben nun Forscher um Erstautor João Alves von der Harvard University und der Universität Wien erstmals die genaue Entfernung der Sternenwiegen im Gouldschen Gürtel ermittelt – mit überraschendem Ergebnis. Denn die Kartierung enthüllte, dass die Bestandteile dieses vermeintlichen Gürtels keinen Ring, sondern ein riesiges, gewelltes Band bilden. Diese „Radcliffe-Welle“ getaufte Struktur ist ungefähr 9000 Lichtjahre lang und 400 Lichtjahre breit – und damit die größte Struktur dieser Art in der Milchstraße, wie die Forscher berichten. Die gigantische „Welle“ ragt 500 Lichtjahre weit nach oben und unten aus der Hauptebene der Galaxie heraus. An ihrem nächsten Punkt liegt die Radcliffe-Welle nur rund 500 Lichtjahre von der Sonne entfernt.

„Kein Astronom hat erwartet, dass wir neben einer so gigantischen, wellenartigen Ansammlung von Gas leben“, sagt Goodman. Dieses Band macht rund 20 Prozent der Breite des lokalen Orionarms der Milchstraße aus und erstreckt sich über 40 Prozent seiner Länge. „Wir waren geradezu schockiert, als uns klarwurde, wie lang und gerade die Radcliffe-Welle ist, wenn man sie dreidimensional und von oben betrachten würde. Die Existenz dieser Welle zwingt uns dazu, unsere Vorstellungen der dreidimensionalen Struktur der Milchstraße zu überdenken.“ Denn die gerade Form dieses riesigen Bandes widerlegt das Konzept des Gouldschen Gürtels. Co-Autor Stefan Meingast von der Universität Wien ergänzt: „Unsere neuen Erkenntnisse bedeuten das Ende für den Gouldschen Gürtel. Dass diese Struktur nur ein Projektionseffekt war, ist eine kleine Sensation.“

Sonne kreuzt Riesenband

Die Entdeckung des riesigen Bands aus Sternenwiegen und Gaswolken demonstriert, wie verzerrt großräumige astronomische Strukturen von der Erde aus erscheinen können. „Diese Struktur war die ganze Zeit direkt vor unseren Augen, aber wir konnten sie nicht richtig erkennen – bis jetzt“, sagt Alves. Was den Astronomen zuvor als Bogen und damit Teil eines Rings erschien, ist in Wirklichkeit nur ein kleiner Ausschnitt aus einem wellenförmigen Band. Die vermeintliche 20-Grad-Neigung des Gouldschen Gürtels erweist sich in den neuen Ergebnissen als ein vom Wellental im Orion bis zu einem Wellenberg im Cepheus reichender Teil der Radcliffe-Welle. Zudem gibt es Hinweise darauf, dass sich dieses Band aus Sternenwiegen und Gaswolken im Laufe der Zeit verändert: Sie oszilliert wahrscheinlich um die Hauptebene der Milchstraße, wie die Forscher berichten. Unsere Sonne kreuzt dabei immer wieder den Weg dieses gigantischen Bandes: „Wir wissen, dass unsere Sonne mit dieser Struktur interagiert. Vor 13 Millionen Jahren kreuzte sie den Orionarm und eine ganze Reihe von Supernovae und in weiteren 13 Millionen Jahren wird sie diese Struktur erneut passieren“, erklärt Alves. „Es ist ein wenig, als wenn wir diese Welle reiten würden.“

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Was die Radcliffe-Welle verursacht hat, wissen die Astronomen nicht. „Die Struktur ist zu groß und gerade, um durch die Effekte einer früheren Generation massereicher Sterne entstanden zu sein“, berichten Alves und sein Team. Wahrscheinlicher sei es daher, dass dieses schmale Band das Resultat eines großräumigen galaktischen Prozesses ist – entweder einer Schockfront in einem Spiralarm oder der gravitationsbedingten Veränderungen in der Hauptebene der Milchstraße. Die Forscher hoffen, dass weitere Untersuchungen, insbesondere zur Dynamik dieser Struktur, mehr Aufschluss über ihren Entstehungsmechanismus geben.

Quelle: João Alves (Universität Wien) et al., Nature, doi: 10.1038/s41586-019- 1874-z

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