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Astronomie+Physik Nachgefragt

Wie viel wiegt die Milchstraße?

Milchstrasse
Die Milchstraße und einige ihrer Kugelsternhaufen (Illustration) (Bild: ESA/Hubble, NASA, L. Calçada)

Milliarden von Sternen und verschiedene Materieansammlungen bilden unsere kosmische Heimat. Lässt sich einschätzen welche Gesamtmasse unsere Milchstraße besitzt? Indirekt ist das möglich, und zwar über die Bewegung von Kugelsternhaufen im Außenbereich unserer Galaxie. Die Kombination von Daten des Weltraumteleskops Hubble und des ESA-Satelliten Gaia haben dadurch die bisher genaueste Massenbestimmung unserer Heimatgalaxie ergeben. Die Milchstraße „wiegt“ demnach rund 1,5 Billionen Sonnenmassen. Informationen zur Masse können Einblicke in die Entwicklung unserer Galaxie, aber auch des Universums als Ganzem ermöglichen, sagen die Astronomen.

Die Milchstraße ist unsere kosmische Heimat – und doch kennen Astronomen sie weniger gut als viele unserer Nachbargalaxien. Unsere Position mitten in dieser Sternenansammlung erschwert viele Messungen und Beobachtungen, die eigentlich eine „Außensicht“ erfordern würden. Unter anderem deshalb ist auch die genaue Masse unserer Heimatgalaxie noch immer nicht genau bekannt. Denn sie ergibt sich nicht nur aus der Masse der rund 200 Milliarden Sterne und der des supermassereichen Schwarzen Lochs im Zentrum der Galaxie. Den Löwenanteil von 90 Prozent der Milchstraßenmasse macht eine unsichtbare Komponente aus – die Dunkle Materie. „Wir können die Dunkle Materie aber nicht direkt messen“, erklärt Erstautorin Laura Watkins vom Space Telescope Science Institute in Baltimore. „Das macht die Unsicherheit über die Masse der Milchstraße aus.“ Frühere Schätzungen reichten je nach Methode von 500 Milliarden bis zu drei Billionen Sonnenmassen.

Kugelsternhaufen als Messhelfer

Doch Watkins und ihr Team haben zwei der leistungsfähigsten Werkzeuge der Astronomie kombiniert, um genauere Daten zur Milchstraßenmasse zu erhalten: das Weltraumteleskop Hubble und den Satelliten Gaia von der Europäischen Weltraumagentur ESA. Der Gaia-Satellit hat bereits die bisher genaueste und umfassendste 3D-Karte der Milchstraße erstellt und dabei auch die Bewegung zahlreicher Kugelsternhaufen kartiert. Das Weltraumteleskop Hubble besitzt zwar ein sehr viel engeres Sichtfeld, kann dafür aber weiter ins All hinausschauen. Dadurch kann es die Bewegung von Kugelsternhaufen verfolgen, die bis zu 130.000 Lichtjahre weit entfernt liegen. Aus der Bewegungsgeschwindigkeit dieser Sternhaufen können Astronomen auf die Verteilung und Masse der Dunklen Materie in der Milchstraße schließen.

„Jede Massenverteilung erzeugt ein Gravitationspotential, das Objekte in Bewegung bringt. Indem wir diese Bewegung messen, können wir zurückrechnen, wie groß das zugrundeliegende Gravitationspotential ist und damit auch die Masse“, erklären die Astronomen. Frühere Messungen dieser Art konnten jedoch nur die Bewegung der Kugelsternhaufen in unserer Sichtlinie ermitteln – wie sie sich auf uns zu oder von uns wegbewegen. Gaia und Hubble dagegen haben auch die Seitwärtsbewegung der Kugelsternhaufen verfolgt – und das macht die Messungen viel genauer. „Indem wir Gaia-Messwerte für 34 Kugelsternhaufen und Hubble-Daten zu zwölf weiter entfernten Sternhaufen kombinieren, können wir die Masse der Milchstraße auf eine Weise eingrenzen, die ohne diese beiden Weltraumteleskope unmöglich wäre“, sagt Watkins‘ Kollege Roeland P. van der Marel.

1,5 Billionen Sonnenmassen

Mithilfe dieser Daten kommen die Forscher nun auf eine Milchstraßenmasse von 1,5 Billionen Sonnenmassen in einem Radius von rund 129.000 Lichtjahren um das galaktische Zentrum. Dieser Wert liegt somit etwa in der Mitte der früheren Schätzungen und entspricht relativ gut der Masse, die für eine Galaxie dieser Leuchtstärke zu erwarten ist, wie die Astronomen berichten. Wichtig ist dieser Wert nicht nur, um unsere Heimatgalaxie besser kennenzulernen, sondern auch darüber hinaus: „Die genaue Bestimmung des Massenprofils der Milchstraße hat Bedeutung für unser Verständnis der dynamischen Geschichte der Lokalen Gruppe und der Satelliten der Milchstraße“, erklären Watkins und ihre Kollegen. „Außerdem ist die Masse der Galaxien eng verknüpft mit der Entstehung und dem Wachstum von Strukturen im Universum. Die Bestimmung der Milchstraßenmasse gibt uns daher ein klareres Bild davon, wo unsere Galaxie im kosmologischen Kontext steht.“

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Quelle: NASA, Laura Watkins (Space Telescope Science Institute, Baltimore) et al., Astrophysical Journal

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