Die Milchstraße und ihr Halo aus Sternen, von denen viele durch Kollisionen mit anderen Galaxien kanabalisiert wurden (Bildnachweis: ESA/Gaia/DPAC, T Donlon et al. 2024; Hintergrund Milchstraße und Magellansche Wolken: Stefan Payne-Wardenaar)
Neue Erkenntnisse des Weltraumteleskops Gaia deuten darauf hin, dass die Milchstraße vor nicht allzu langer Zeit, kosmisch gesehen, eine kleine Galaxie geschluckt haben könnte. Tatsächlich scheint die letzte große Kollision zwischen unserer und einer anderen Galaxie Milliarden von Jahren später stattgefunden zu haben als bisher angenommen.
Es wird seit langem davon ausgegangen, dass die Milchstraße durch eine Reihe heftiger Kollisionen entstanden ist, bei denen kleinere Galaxien durch den immensen Gravitationseinfluss der spiralförmigen Heimat unseres Sonnensystems auseinandergerissen wurden. Bei diesen Kollisionen verteilen sich die Sterne der verschlungenen Galaxie über den Halo, der die Hauptscheibe der Milchstraße und ihre charakteristischen Spiralarme umgibt. Diese Anfälle von galaktischem Kannibalismus senden auch „Falten“ durch die Milchstraße, die verschiedene „Familien“ von Sternen mit unterschiedlichem Ursprung auf unterschiedliche Weise beeinflussen.
Mit seiner Fähigkeit, die Position und Bewegung von über 100.000 Sternen in der Nähe des Sonnensystems im vollständigen Katalog der stellaren Körper in Monitoren genau zu bestimmen, zielt Gaia darauf ab, die Geschichte der Milchstraße durch das Zählen ihrer Falten neu zu erzählen.
„Wir werden faltiger, je älter wir werden, aber unsere Arbeit zeigt, dass das Gegenteil für die Milchstraße gilt. Sie ist eine Art kosmischer Benjamin Button, der mit der Zeit weniger faltig wird“, sagte Thomas Donlon, Leiter des Studienteams am Rensselaer Polytechnic Institute und Wissenschaftler der University of Alabama, in einer Erklärung. „Indem wir uns ansehen, wie sich diese Falten im Laufe der Zeit auflösen, können wir zurückverfolgen, wann die Milchstraße ihren letzten großen Crash erlebt hat – und es stellt sich heraus, dass dies Milliarden von Jahren später geschah als wir dachten.“
Diese galaktischen Falten wurden erst 2018 von Gaia entdeckt; dies ist das erste Mal, dass sie umfassend erforscht wurden, um den Zeitpunkt der Kollision, durch die sie entstanden sind, zu ermitteln.
Inhaltsübersicht
Halo-Sterne bewegen sich auf seltsame Weise
Der Halo unserer Galaxie ist mit Sternen bevölkert, die seltsame Bahnen ziehen. Man nimmt an, dass viele von ihnen die „Überbleibsel“ von Galaxien sind, die die Milchstraße einst verschlungen hat.
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Viele dieser Sterne sind vermutlich die Trümmer der so genannten „letzten großen Verschmelzung“, d. h. des letzten großen Zusammenstoßes der Milchstraße mit einer anderen Galaxie. Wissenschaftler gehen davon aus, dass an dieser letzten großen Kollision eine massereiche Zwerggalaxie beteiligt war. Das Ereignis ist als Gaia-Sausage-Enceladus (GSE)-Fusion bekannt. Es wird angenommen, dass die Milchstraße mit Sternen auf Bahnen durchsetzt wurde, die sie nahe an das galaktische Zentrum bringen. Das GSE-Ereignis soll vor acht bis 11 Milliarden Jahren stattgefunden haben, als die Milchstraße noch in den Kinderschuhen steckte.
Seit 2020 haben Thomas und sein Team die Falten der Milchstraße mit Simulationen verglichen, wie sie durch galaktische Kollisionen und Verschmelzungen entstanden sein könnten. Die Gaia-Beobachtungen dieser seltsam kreisenden Sterne – die im Rahmen der Datenfreigabe 3 des Weltraumteleskops im Jahr 2022 veröffentlicht werden – deuten jedoch darauf hin, dass diese seltsamen stellaren Körper durch ein anderes Fusionsereignis entstanden sein könnten.
„Anhand dieser simulierten Verschmelzungen können wir sehen, wie sich die Formen und die Anzahl der Falten im Laufe der Zeit verändern. Auf diese Weise können wir den genauen Zeitpunkt bestimmen, zu dem die Simulation am besten mit dem übereinstimmt, was wir heute in den realen Gaia-Daten der Milchstraße sehen – eine Methode, die wir auch in dieser neuen Studie verwendet haben“, erklärt Donlon. „Auf diese Weise haben wir herausgefunden, dass die Falten wahrscheinlich durch die Kollision einer Zwerggalaxie mit der Milchstraße vor etwa 2,7 Milliarden Jahren verursacht wurden. Wir nannten dieses Ereignis die Virgo Radial Merger.“
Ein Diagramm zeigt die Anatomie der Milchstraße mit der zentralen Ausbuchtung, in der die alten Sterne lauern. (Bildnachweis: NASA/JPL-Caltech; rechts: ESA; Layout: ESA/ATG medialab)
„Damit die Sternfalten so deutlich sind, wie sie in den Gaia-Daten erscheinen, müssen sie sich vor weniger als drei Milliarden Jahren zu uns gesellt haben – mindestens fünf Milliarden Jahre später als bisher angenommen“, sagte Teammitglied Heidi Jo Newberg, ebenfalls vom Rensselaer Polytechnic Institute. „Jedes Mal, wenn die Sterne durch das Zentrum der Milchstraße hin- und herpendeln, bilden sich neue Sternfalten. Wenn sie sich vor acht Milliarden Jahren zu uns gesellt hätten, gäbe es so viele Falten direkt nebeneinander, dass wir sie nicht mehr als separate Merkmale sehen würden.“
Artist’s concept of the European Space Agency’s Gaia spacecraft mapping stars in the Milky Way galaxy. (Bildnachweis: ESA/ATG medialab/ESO/S. Brunier)
Die jüngste Untersuchung der Gaia-Beobachtungen wirft die Frage auf, ob eine gewaltige uralte Verschmelzung in der Frühgeschichte der Milchstraße wirklich notwendig ist, um die seltsamen Bahnen einiger Sterne in der Galaxis zu erklären. Sie stellt auch alle Sterne in Frage, die bisher mit der GSE-Fusion in Verbindung gebracht wurden.
„Dieses Ergebnis – dass ein großer Teil der Milchstraße erst in den letzten paar Milliarden Jahren zu uns gestoßen ist – ist eine große Veränderung gegenüber dem, was Astronomen bisher dachten“, sagte Donlon. „Viele gängige Modelle und Vorstellungen darüber, wie die Milchstraße wächst, gehen davon aus, dass ein kürzlicher Frontalzusammenstoß mit einer Zwerggalaxie dieser Masse sehr selten ist.“
Das Team glaubt auch, dass der Virgo Radial Merger eine Familie anderer kleiner Zwerggalaxien und Sternhaufen in unsere Galaxie brachte, die alle etwa zur gleichen Zeit von der Milchstraße verschlungen wurden.
Zukünftige Untersuchungen und Daten von Gaia könnten zeigen, ob Objekte, die zuvor mit dem GSE-Ereignis in Verbindung gebracht wurden, tatsächlich mit der jüngeren Virgo-Radialverschmelzung in Verbindung stehen.
Diese neue Forschung ist die jüngste in einer Reihe von Ergebnissen, die aus den Gaia-Daten hervorgehen und die Geschichte der Milchstraße neu schreiben.
Dieser kosmische Revisionismus wurde möglich dank Gaias einzigartiger Fähigkeit, eine riesige Anzahl von Sternen über der Erde zu erforschen, wodurch das Weltraumteleskop eine einzigartige Karte der Positionen, Entfernungen und Bewegungen von bisher etwa 1,5 Milliarden Sternen erstellen konnte.
„Die Geschichte der Milchstraße wird ständig umgeschrieben, nicht zuletzt dank der neuen Daten von Gaia“, so Donlon abschließend. „Unser Bild von der Vergangenheit der Milchstraße hat sich im Vergleich zu noch vor zehn Jahren dramatisch verändert, und ich denke, dass sich unser Verständnis dieser Verschmelzungen auch weiterhin schnell ändern wird.“
Die Forschungsergebnisse des Teams wurden im Mai in der Zeitschrift Monthly Notices of the Royal Astronomical Society veröffentlicht.
