Die Milchstraße von der Seite betrachtet. (Stefan Payne-Wardenaar/MPIA) Die Milchstraße oder ein Teil davon ist älter als die Astronomen dachten. Eine neu veröffentlichte Studie zeigt, dass ein Teil der Scheibe zwei Milliarden Jahre älter ist, als wir dachten.
Die sogenannte dicke Scheibe begann sich erst 0,8 Milliarden Jahre nach der Entstehung zu bilden Urknall .
Ein Astronomenpaar hat die Geschichte der Milchstraße detaillierter als je zuvor rekonstruiert. Ihre Ergebnisse basieren auf detaillierten Daten der Gaia-Mission der ESA und Chinas Faserspektroskopisches Teleskop mit großem Himmelsbereich und mehreren Objekten (Lamost). Der Schlüssel zu dieser Entdeckung liegt in Unterriesensterne .
Das Papier ist ' Ein zeitaufgelöstes Bild der frühen Entstehungsgeschichte unserer Milchstraße ,‘ und es ist online im Journal Natur . Die Autoren sind Maosheng Xiang und Hans-Walter Rix, beide vom Max-Planck-Institut für Astronomie (MPIA).
Eines der am schwierigsten zu bestimmenden Dinge über einen Stern ist sein Alter. Die Zusammensetzung oder Metallizität eines Sterns ist der Schlüssel zur Bestimmung seines Alters. Je genauer Astronomen die Metallizität messen können, desto genauer können sie ihr Alter bestimmen.
Das frühe Universum enthielt fast ausschließlich Wasserstoff und Helium. Elemente, die schwerer als Wasserstoff und Helium sind, entstehen in Sternen und breiten sich im Universum aus, wenn diese Sterne sterben und explodieren. Astronomen nennen jedes Element, das schwerer als die beiden Urelemente ist, „Metalle“.
Seitenansicht der Milchstraße. (Stefan Payne-Wardenaar/MPIA)
Sterne mit geringerer Metallizität sind älter, weil sie entstanden sind, als größtenteils nur Wasserstoff und Helium verfügbar waren. Wenn Astronomen also eine Population von Sternen identifizieren, die hauptsächlich aus Wasserstoff und Helium bestehen, wissen sie, dass diese Sterne älter sind. Wenn sie eine Population von Sternen mit höheren Metallanteilen finden, wissen sie, dass diese Sterne jünger sein müssen.
Präzise Altersmessungen sind in manchen Aspekten der Astronomie der heilige Gral, was in diesem Fall zutrifft. Xiang und Rix nutzten mehr als nur Metallizität, um das Alter von Sternen zu bestimmen. Sie konzentrierten sich auf eine bestimmte Art von Sternen: Unterriesen.
Die Unterriesenphase im Leben eines Sterns ist relativ kurz, sodass Astronomen das Alter eines Sterns am genauesten bestimmen können, wenn es sich um einen Unterriesen handelt. Unterriesen verwandeln sich in Rote Riesen und produzieren in ihren Kernen keine Energie mehr. Stattdessen hat sich die Fusion in eine Hülle um den Kern verlagert.
In dieser Studie verwendeten die beiden Wissenschaftler LAMOST-Daten, um die Metallizität von etwa 250.000 Sternen in verschiedenen Teilen der Milchstraße zu bestimmen. Sie verwendeten auch Gaia-Daten, die genaue Positions- und Helligkeitsdaten für etwa 1,5 Milliarden Sterne liefern.
Die Gaia-Mission der ESA ist für die erhöhte Genauigkeit dieser und vieler anderer Studien verantwortlich. Vor Gaia arbeiteten Astronomen routinemäßig mit Unsicherheiten hinsichtlich des Sternalters zwischen 20 und 40 Prozent. Das bedeutete, dass das Alter um eine Milliarde Jahre abweichen könnte, was viel ist.
Aber Gaia hat das alles verändert. Die aktuelle Datenveröffentlichung der Mission ist Gaia EDR 3 oder Early Data Release 3 und stellt eine enorme Verbesserung dar. EDR3 liefert präzise 3D-Positionen von über 330.000 Sternen. Es liefert auch hochpräzise Messungen der Bewegungen der Sterne durch den Weltraum.
Die Forscher nutzten all diese Daten von Gaia und LAMOST und verglichen sie mit bekannten Modellen stellarer Parameter, um das Alter der Unterriesen genauer zu bestimmen. „Mit Gaias Helligkeitsdaten können wir das Alter eines Unterriesensterns auf wenige Prozent genau bestimmen“, sagte Maosheng.
Die Unterriesen sind über die verschiedenen Teile der Milchstraße verteilt, was es den Forschern ermöglicht, das Alter der anderen Komponenten zusammenzusetzen und eine Zeitleiste der Geschichte der Milchstraße zu erstellen.
Die Studie zeigt zwei unterschiedliche Phasen in der Geschichte unserer Galaxie. Die erste Phase begann 0,8 Milliarden Jahre nach dem Urknall, als in der dicken Scheibe Sterne zu entstehen begannen. Auch die inneren Regionen des galaktischen Halos begannen sich zu entwickeln.
Zwei Milliarden Jahre später trieb eine Fusion die Sternentstehung in der dicken Scheibe zum Abschluss. Eine Zwerggalaxie namens Gaia-Wurst-Enceladus mit der Milchstraße verschmolzen.
Die Zwerggalaxie Gaia-Sausage-Enceladus (GSE) hat nicht die Form einer Wurst. Seinen Namen verdankt er der Darstellung seiner Sterne auf einem Geschwindigkeitsdiagramm, wo ihre Umlaufbahnen stark verlängert sind. Als GSE mit der Milchstraße verschmolz, trug es dazu bei, die dicke Scheibe zu bilden, und das Gas, das sie mit sich brachte, trieb die Sternentstehung in diesem Teil der Galaxie voran.
Die Verschmelzung füllte auch den Halo der Milchstraße mit Sternen. Astronomen denken an den Kugelsternhaufen NGC 2808 könnte der übrig gebliebene Kern der Gaia-Wurst sein. NGC 2808 ist einer der massereichsten Kugelsternhaufen in der Milchstraße.
Die durch die GSE ausgelöste Sternentstehung in der dicken Scheibe dauerte etwa 4 Milliarden Jahre. Etwa 6 Milliarden Jahre nach dem Urknall war das Gas vollständig aufgebraucht. In diesem Zeitraum nahm die Metallizität der dicken Scheibe um mehr als das Zehnfache zu.
Die Studie ergab außerdem eine sehr enge Korrelation zwischen der Metallizität und dem Alter der Sterne in der gesamten Scheibe. Das bedeutet, dass das Gas, das mit der GSE geliefert wurde, turbulent gewesen sein muss, was dazu geführt hat, dass es sich in der Scheibe gründlicher vermischt hat.
Astronomen haben die GSE-Fusion erst 2018 entdeckt. Entdeckungen wie diese haben unser Verständnis der Geschichte der Milchstraße geprägt, und der zeitliche Verlauf der Entwicklung der Galaxie wird immer klarer. Diese neue Studie gibt uns einen detaillierteren Überblick.
„Seit der Entdeckung der antiken Verschmelzung mit Gaia-Sausage-Enceladus im Jahr 2018 vermuten Astronomen, dass die Milchstraße bereits vor der Entstehung des Halos existierte, aber wir hatten kein klares Bild davon, wie diese Milchstraße aussah.“ ', sagt Maosheng.
„Unsere Ergebnisse liefern exquisite Details über diesen Teil der Milchstraße, wie zum Beispiel seinen Geburtstag, die Sternentstehungsrate und die Geschichte der Metallanreicherung.“ „Die Zusammenführung dieser Entdeckungen mithilfe von Gaia-Daten revolutioniert unser Bild davon, wann und wie unsere Galaxie entstanden ist.“
In den letzten Jahren haben Astronomen mehr Details über die Milchstraße entdeckt. Aber es ist eine Herausforderung, seine Struktur abzubilden, weil wir uns mittendrin befinden. Die Gaia-Mission der ESA ist unser bisher bester Katalog der Sterne in der Milchstraße. Und jede Datenveröffentlichung wird immer besser.
„Mit jeder neuen Analyse und Datenveröffentlichung ermöglicht uns Gaia, die Geschichte unserer Galaxie noch detaillierter zu verstehen.“ „Mit der Veröffentlichung von Gaia DR3 im Juni können Astronomen die Geschichte mit noch mehr Details bereichern“, sagt Timo Prusti, Gaia-Projektwissenschaftler bei der ESA.
Die Gaia-Mission ist wichtig, aber Beobachtungen anderer Galaxien wie der Milchstraße geben Astronomen auch Einblicke in die Struktur und Geschichte der Milchstraße. Doch die Beobachtung von Galaxien nur zwei Milliarden Jahre nach dem Urknall ist schwierig. Dafür braucht es leistungsstarke Infrarot-Teleskope. Glücklicherweise wird bald ein lang erwartetes Infrarot-Weltraumteleskop mit den Beobachtungen beginnen.
Das James-Webb-Weltraumteleskop (JWST) hat die Fähigkeit, in die frühen Jahre des Universums zurückzublicken. Es wird in der Lage sein, die frühesten milchstraßenähnlichen Galaxien des Universums zu sehen.
Astronomen möchten mehr über die GSE-Fusion erfahren und wie sie nur zwei Milliarden Jahre nach dem Urknall zur Sternentstehung führte und die dicke Scheibe unserer Galaxie formte. JWST-Beobachtungen antiker, Galaxien mit hoher Rotverschiebung ähnlich der Milchstraße könnte helfen, einige Fragen zu beantworten und eine detailliertere galaktische Geschichte zu liefern.
Und im Juni wird die ESA die vollständige dritte Datenveröffentlichung von Gaia mit dem Namen DR3 veröffentlichen. Der DR3-Katalog wird Alter, Metallizität und Spektren für über 7 Millionen Sterne enthalten. DR3 und das JWST werden eine starke Kombination sein.
Was werden uns all diese Daten sagen? Während sich das Universum weiterentwickelt, müssen Galaxien entweder fressen oder gefressen werden. Die Schwerkraft zieht Galaxien zusammen, aber auch das Universum dehnt sich dadurch aus dunkle Energie , und die dunkle Energie treibt Galaxien auseinander. Daher neigen Galaxien dazu, sich zu Gruppen zusammenzuschließen. Die Milchstraße ist Teil davon Lokale Gruppe .
Aufgrund der gemeinsamen Schwerkraft der Galaxien bleiben die Gruppen intern kohärent, entfernen sich jedoch aufgrund der Expansion voneinander. Schließlich verzehren die größten Galaxien einer Gruppe die kleineren.
Die Milchstraße hat die GSE- und Kugelsternhaufen verschlungen. Und es verschlingt die Große Magellansche Wolke, die wiederum ihren noch kleineren Nachbarn, die Kleine Magellansche Wolke, verschlingt.
Schließlich ist die Die Milchstraße wird beides verzehren und dann in etwa 4,5 Milliarden Jahren mit der noch größeren Andromedagalaxie verschmelzen, einem weiteren Mitglied der Lokalen Gruppe.
Es ist eine seltsame Situation, da die Zukunft der Milchstraße möglicherweise leichter zu erkennen ist als ihre Vergangenheit. Das ist das Rätsel eines expandierenden Universums: Die Beweise, nach denen wir suchen, entfernen sich immer weiter von uns, verschwinden durch Zeit und Entfernung.
Aber der JWST und der Gaia DR3 haben das Potenzial, den Spieß im expandierenden Universum umzudrehen. Gemeinsam können sie mehr Licht auf die Geschichte der Milchstraße und auf die Details von Galaxienverschmelzungen im Allgemeinen werfen. Hoffentlich erhalten wir am Ende eine viel ausführlichere historische Zeitleiste.
Dieser Artikel wurde ursprünglich veröffentlicht von Universum heute . Lesen Sie das Original Artikel .