Eine künstlerische Darstellung der verzogenen Scheibe der Milchstraße, umgeben von einem leicht abgeflachten Halo aus dunkler Materie.(Bildnachweis: Kaiyuan Hou und Zhanxun Dong (School of Design, Shanghai Jiao Tong University))
Die Verwerfung in der Spiralscheibe der Milchstraße bewegt sich unter dem Einfluss der enormen Masse an dunkler Materie, die einen unsichtbaren Halo um unsere Galaxie bildet, rückwärts, wie chinesische Astronomen herausgefunden haben.
Ungefähr ein Drittel aller Spiralgalaxien weisen eine deutliche Verformung ihrer scheibenförmigen Struktur auf, wie eine Schallplatte, die verbogen wurde. Es wird angenommen, dass eine Kollision mit einer anderen Galaxie in der Vergangenheit die Hauptursache für die Verformung der Milchstraße ist, aber auch weitere Wechselwirkungen mit Satellitengalaxien und dem intergalaktischen Magnetfeld sowie der Einfall riesiger Gaswolken können eine Rolle spielen. Zumindest im Fall der Milchstraße ist der Hauptakteur bei der Aufrechterhaltung der Verwerfung jedoch der Halo aus dunkler Materie, der die Scheibe umgibt und ein Drehmoment auf sie ausübt.
Dieser Warp ist nicht fixiert. Seine Ausrichtung mit dem Rest der Galaxie bewegt sich – genauer gesagt, er „präzessiert“. Die Präzession beschreibt, wie sich die Ausrichtung der Verwerfung in Bezug auf die Rotationsachse der Galaxie ändert, was bedeutet, dass sich die Spitze oder der Knoten der Verwerfung um die Galaxie bewegt. Es handelt sich um eine Abwandlung desselben Phänomens, das Kreisel zum Wackeln bringt.
Die Messung der Präzessionsrate des Warps hat sich jedoch in der Vergangenheit als schwierig erwiesen. Frühere Schätzungen haben versucht, die vertikale Bewegung von hellen, aber alten Riesensternen als Indikatoren für die Berechnung der Präzession zu verwenden. Solche Tracer sind jedoch notorisch ungenau, und die darauf basierenden Ergebnisse deuteten – entgegen der Theorie – darauf hin, dass sich die Scheibe prograd (in dieselbe Richtung wie die Rotation der übrigen Galaxie) und nicht retrograd (rückwärts in Bezug auf die Galaxie) bewegt, wie erwartet.
Nun haben Astronomen unter der Leitung von Yang Huang von der Chinesischen Akademie der Wissenschaften einen anderen, genaueren Indikator in Form von veränderlichen Cepheid-Sternen verwendet, um die Präzession des Warps so genau wie möglich zu messen und festgestellt, dass er sich doch rückläufig bewegt.
Cepheidenveränderliche sind pulsierende massive Sterne. Ihre Pulsationsdauer hängt davon ab, wie hell sie sind, und anhand ihrer Leuchtkraft können wir genau berechnen, wie weit sie entfernt sein müssen. Dadurch eignen sie sich hervorragend für die Kartierung der Verwerfung.
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Huangs Team hat seine Ergebnisse mit Hilfe der so genannten „Motion Picture“-Methode erzielt. Mithilfe von Daten der astrometrischen Raumsonde Gaia der Europäischen Weltraumorganisation, die die Positionen, Bewegungen und Eigenschaften, einschließlich des Alters, von mehr als einer Milliarde Sternen misst, identifizierte Huangs Team eine Stichprobe von 2.613 Cepheiden mit einer Vielzahl von Altersangaben.
„Das Alter ist der Schlüssel zur Messung der Präzessionsrate der Scheibenverwerfung“, schreiben die Autoren in ihrem Forschungspapier. „Wir haben ein Bewegungsbild der Scheibenverwerfung erhalten, indem wir die dreidimensionalen Verteilungen für Cepheidenproben unterschiedlichen Alters kartiert haben.“
Jeder Cepheid speichert Informationen über seine Position in der Verwerfung, als er geboren wurde. Indem sie die Cepheiden in verschiedene Altersbereiche gruppierten und kartierten, konnte das Team von Huang die Form und Position der Verwerfung zu verschiedenen Zeitpunkten in den letzten 200 Millionen Jahren zeigen. Indem sie die einzelnen Karten wie in einem Film zusammenlaufen ließen, konnten sie sehen, dass sich die Verwerfung vorwärts bewegt. Sie fanden heraus, dass er sich rückwärts bewegt, und zwar mit einer Geschwindigkeit von 2 Kilometern pro Sekunde für jeden Kiloparsec (3.261 Lichtjahre) im Raum. Oder, in intuitiveren Einheiten ausgedrückt, bewegt sie sich um 0,12 Grad pro Million Jahre rückwärts um die Galaxie.
Das Bewegungsbild zeigt außerdem, dass die Präzessionsrate mit der Entfernung vom galaktischen Zentrum abnimmt, was langfristig zu einer stärkeren Verformung der Scheibe führen wird. Modelle deuten darauf hin, dass diese Abnahme darauf zurückzuführen ist, dass der Halo aus dunkler Materie, der das Drehmoment ausübt, eine abgeflachte Form hat.
Die Form des Halos der dunklen Materie ist wichtig, weil sie als Datenpunkt dient, den Theoretiker in Modelle einfügen können, die versuchen, vorherzusagen, woraus die dunkle Materie besteht (wie WIMPs oder Axionen). Sie gibt auch Aufschluss über die Entstehungsgeschichte der Milchstraße und darüber, wie sie sich durch Verschmelzungen mit anderen, kleineren Galaxien und Gaswolken, Kollisionen und Wechselwirkungen, die zur Formung des unsichtbaren Halos aus dunkler Materie beigetragen haben, zusammengesetzt hat.
Die Entdeckung der Präzessionsrate der Verwerfung wird in einem Artikel beschrieben, der am 27. Juni in Nature Astronomy veröffentlicht wurde.
