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Hunderttausende kosmische Uhren Unterriesen helfen bei Milchstraßen-Datierung

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Aufbau unserer Heimatgalaxie: Die neuen Ergebnisse liefern eine Rekonstruktion der Geschichte unserer Milchstraße, insbesondere der Entwicklung der sogenannten dicken Scheibe.

(Foto: Stefan Payne-Wardenaar / MPIA/dpa)

Unsere Heimatgalaxie wird zwar seit Langem erforscht, aber unklar ist noch: Wann genau ist sie entstanden und wie verlief ihre Entwicklung? Bei der Beantwortung dieser Fragen helfen Unterriesen. Mithilfe dieser speziellen Sterne finden Forscher heraus: Die Scheibe der Milchstraße ist schon vor 13 Milliarden Jahren entstanden.

Die bislang genauesten Datierungen zur Entstehung und Entwicklung der Milchstraße sind jetzt zwei Forschern des Max-Planck-Instituts für Astronomie in Heidelberg gelungen. Dazu verwendeten die Wissenschaftler insgesamt 247.104 spezielle Sterne - Unterriesen genannt - als kosmische Uhren. Die Scheibe der Milchstraße ist demnach bereits vor 13 Milliarden Jahren entstanden, nur 800 Millionen Jahre nach dem Urknall, wie Maosheng Xiang und Hans-Walter Rix im Fachblatt "Nature" berichten.

"Das ist zwei Milliarden Jahre, bevor sich der innere Halo gebildet hat", schreiben die Wissenschaftler. Der innere Halo ist eine Art Hülle aus Sternen um die Scheibe der Milchstraße. Die Entstehung dieser Hülle fällt mit der Verschmelzung der jungen Milchstraße mit einer kleineren Galaxie zusammen, von den Astronomen "Gaia-Sausage-Enceladus" getauft. Dieses Ereignis löste offenbar auch die Entstehung vieler Sterne in der Scheibe aus.

Unsere Milchstraße ist eine Spiralgalaxie. Die meisten Sterne befinden sich in einer Scheibe und einer zentralen Verdickung, der "Bulge". Eingehüllt ist diese Scheibe in einen inneren und einen äußeren Halo. Die genaue Entwicklungsgeschichte der Milchstraße und ihrer komplexen Struktur nachzuvollziehen, ist für Astronomen keine leichte Aufgabe. Denn dazu müssen sie das Alter und die Herkunft möglichst vieler Sterne bestimmen.

Unterriesen besonders geeignet für Altersbestimmung

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Unsere Milchstraße ist eine Spiralgalaxie.

(Foto: Stefan Payne-Wardenaar / MPIA/dpa)

Besonders geeignet für die Altersbestimmung sind Unterriesen. Sterne wie unsere Sonne erzeugen in ihrem Kern Energie durch die Kernfusion von Wasserstoff zu Helium. Wenn der Vorrat an Wasserstoff im Kern verbraucht ist, dehnt sich ein Stern zu einem roten Riesen aus. Doch davor liegt eine kurze Phase, in der Energie durch die Kontraktion des Kerns entsteht - die Phase des Unterriesen. Sie ist astronomisch gesehen kurz - sie dauert wenige Millionen Jahre - aber sie liefert den Astronomen sehr genau das Alter eines Sterns.

Das Problem: Da die Unterriesen-Phase nur kurz andauert, ist es schwierig, Sterne in dieser Phase aufzuspüren. Xiang und Rix machten sich jetzt zwei große Durchmusterungen des Himmels zunutze. Einerseits jene des europäischen Astrometrie-Satelliten Gaia, der die Entfernung und die Bewegung von über einer Milliarde Sternen in der Milchstraße gemessen hat. Und andererseits das Large Sky Area Multi-Object Spectroscopic Telescope, kurz LAMOST, das bereits Spektren von mehreren hunderttausend Sternen geliefert hat.

Anhand dieser Spektren - also der Verteilung der Strahlung auf verschiedene Wellenlängen - können Astronomen die chemische Zusammensetzung der Sterne bestimmen. Je mehr schwere Elemente die Atmosphäre eines Sterns enthält, desto später in der galaktischen Geschichte muss er entstanden sein. Denn die schweren Elemente müssen im Inneren von Sternen vorhergehender Generationen durch Kernfusion entstanden sein.

"Indikatoren für die galaktische Archäologie"

Durch die Kombination der Daten beider Teleskope konnten Xiang und Rix 247 104 Unterriesen identifizieren, ihr genaues Alter bestimmen und zuordnen, woher diese Sterne stammen. "Die Unterriesen sind auf diese Weise die besten Indikatoren für die galaktische Archäologie, die wir haben", so Xiang und Rix. Insgesamt überdeckt das Alter der untersuchten Sterne einen Bereich von 1,5 bis 13,8 Milliarden Jahren, also nahezu die gesamte Geschichte unserer Milchstraße.

Die meisten Sterne konnten Xiang und Rix der Entstehungsphase der Scheibe und des inneren Halos der Galaxis zuordnen. Für die Zukunft erhoffen sich die Forscher, weitere Unterriesen zu identifizieren. Denn je mehr dieser Sterne die Astronomen untersuchen können, desto detailliertere Aussagen lassen sich über die Entwicklungsgeschichte der Milchstraße treffen.

(Dieser Artikel wurde am Donnerstag, 24. März 2022 erstmals veröffentlicht.)

Quelle: ntv.de, Rainer Kayser, dpa

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