Das glaube ich nicht
Auf den ersten Blick scheint unsere Milchstraße eine flache, gerade Balkenspirale zu sein. Doch das täuscht, wie nun Astronomen auf Basis einer neuen dreidimensionalen Karte unserer Galaxie bestätigen. Demnach ist die Milchstraße deutlich verbeult. Ihre Hauptebene ähnelt weniger einer ebenen Scheibe als vielmehr einem gewellten “S” – eine Seite ist leicht nach oben gebogen, die andere dagegen nach unten. Die neue Kartierung rekonstruiert zudem die Wanderung von Sternen in unserer Galaxie und liefert so Einblicke darin, wie die Milchstraße ihre heutige Form bekam.
Irdische Astronomen haben ein Problem: Ausgerechnet unsere eigene Galaxie könne sie nur in Teilen sehen und erkunden. Denn ein Teil der Milchstraße wird vom galaktischen Zentrum verdeckt und auch von oben oder außen können sie die Galaxie nicht anschauen. Klar ist aber, dass die Milchstraße zu den Balkenspiralen gehört: Der Großteil ihrer Sterne liegt in einer flachen Scheibe und konzentriert sich innerhalb dieser galaktischen Hauptebene in vier spiraligen Hauptarmen. Weil die Hauptebene der meisten anderen im Kosmos bekannten Spiralgalaxien, wie beispielsweise bei unsere Nachbargalaxie Andromeda, ziemlich eben und gerade ist, nahmen Astronomen dies auch für die Milchstraße an. Doch Anfang 2019 zeigte sich etwas Anderes: Eine Entfernungsmessung von gut tausend veränderlichen Sternen (Cepheiden) im Außenbereich unserer Galaxie ergab, dass ihre Hauptebene nicht gerade, sondern s-förmig gewölbt sein muss.
Gebogen und verzerrt
Jetzt haben Astronomen um Dorota Skowron von der Universität Warschau noch einmal genauer untersucht, wie diese Verformung der Sternenebene aussieht und sie dreidimensional kartiert. Für ihre Studie nutzten die Forscher wie ihre Vorgänger veränderliche Sterne als Messbarken. “Cepheiden sind junge, bis zu 400 Millionen Jahre alte Superriesen”, erklären die Astronomen. “Sie folgen einer festen Beziehung zwischen ihrer Leuchtkraft und der Periode ihrer Helligkeitsschwankungen.” Anhand des Takts ihres Helligkeitspulse kann man daher ablesen, wie hell diese Sterne sind. Vergleicht man dann diese absolute Helligkeit mit der scheinbaren Helligkeit – dem Licht, das noch bei uns ankommt – kann man die Entfernung dieser Sterne bestimmen. Misst man so die Position von Cepheiden in der galaktischen Ebene, kann man deren Form rekonstruieren.
Für ihre Kartierung analysierten Skowron und ihr Team die Daten von 2431 Cepheiden, die im Rahmen des OGLE-IV-Projekts mit dem Las Campanas Observatorium in Chile beobachtet wurden. Ergänzend bezogen sie weitere Cepheidendaten aus dem Katalog des ESA-Satelliten Gaia sowie zweier weiterer Kataloge mit ein. Aus ihren Daten konstruierten die Astronomen eine dreidimensionale Karte der Milchstraße. Die Seitenansicht zeigt, dass die stellare Scheibe teilweise auf und teilweise unter der galaktischen Ebene liegt – was die Verformung bestätigt. “Diese Verbeulung beginnt in einer Entfernung von rund 26.000 Lichtjahren, wird bei 32.600 Lichtjahren steiler und reicht bis zum Rand der Milchstraße bei rund 65.200 Lichtjahren”, berichten Skowron und ihr Team. Dabei liegen die von der Azimutachse der Sonne zwischen 0 und 135 Grad liegenden Bereiche der Scheibe deutlich unter der galaktischen Ebene, die Bereiche zwischen 165 und 330 Grad dagegen darüber.
Alter verrät Sternenwanderung
“Unsere Karte bestätigt damit, dass die Scheibe der Milchstraße nicht flach ist. Sie ist gebogen und verdreht”, sagt Co-Autor Przemek Mroz von der Universität Warschau. “Dies ist das erste Mal, dass wir dies mithilfe individueller Objekte auch in drei Dimensionen zeigen können.” Wie die Forscher erklären, könnte die Verformung durch frühere Wechselwirkungen der Milchstraße mit nahen Zwerggalaxien verursacht worden sein. Studien zeigen, dass unsere Galaxie in ihrer Vergangenheit bereits häufiger mit solchen Satellitengalaxien kollidiert ist und sie dabei sogar komplett geschluckt hat. Einer Kollision mit einer größeren Nachbargalaxie könnte die Milchstraße sogar einen Großteil ihres galaktischen Bulge verdanken – der dichten “Sternenbeule” in ihrem Zentrum. Skowron und ihr Team schließen aber nicht aus, dass auch Interaktionen mit intergalaktischem Gas oder Dunkler Materie die s-förmige Verformung der Milchstraße verursacht haben könnte.
Die neue 3D-Karte der Milchstraße gibt auch Aufschluss über die Entwicklung der Spiralarme und die Wanderung von Sternen innerhalb der galaktischen Scheibe. Denn der Vergleich von Alter und Position der Cepheiden ergab, dass die gleichalten Sterne großräumige Ströme bilden. “Wir gehen davon aus, dass die Sterne in diesen Substrukturen sich gleichzeitig in einem der Spiralarme gebildet haben”, erklärt Mroz. Im Laufe der Zeit driften sie dann aus dem Arm heraus und verteilten sich auf eine größere Fläche. “Das zeigt, dass unsere Vorstellung von der jüngeren Geschichte der galaktischen Scheibe plausibel ist und die Substrukturen erklären kann”, so Mroz.
Quelle: Dorota Skowron (Universität Warschau) et al., Science, doi: 10.1126/science.aau3181
