Evolution der Milchstraße durch Hubble Space Telescope enthüllt

Die Form der Milchstraße, die Heimat unseres Sonnensystems, mag ein bisschen wie eine Schnecke aussehen, aber Spiralgalaxien haben nicht immer diese Struktur, sagen Wissenschaftler.

In einem kürzlich erschienenen Bericht sagte ein Team von Forschern, dass sie jetzt wissen, wann und wie die majestätischen Wirbel von Spiralgalaxien in der Unicerse entstanden sind. Galaxien werden in drei Haupttypen eingeteilt, basierend auf ihren Formen: spiralförmig, elliptisch und unregelmäßig. Fast 70 Prozent derjenigen, die der Milchstraße am nächsten sind, sind Spiralen. Aber im frühen Universum gab es keine Spiralgalaxien.

Ein Ehepaar-Team von Astronomen, Debra Meloy Elmegreen am Vassar College in Poughkeepsie, N.Y., und Bruce Elmegreen bei IBM T.J. Das Watson-Forschungszentrum in Yorktown Heights, NY, analysierte ein Bild des Hubble-Weltraumteleskops, das als Ultra Deep Field bekannt ist. Es wurde über einen Zeitraum von vier Monaten Ende 2003 und Anfang 2004 aufgenommen. Das Bild zeigt etwa 10.000 Galaxien unterschiedlichen Alters, von denen einige fast so alt sind wie das Universum selbst. [Galaxien des Universums nach Art erklärt (Infografik)]

Um dieses Bild zu analysieren, sortierten die Forscher zuerst die Galaxien in mehrere Grundtypen, "wie scheibenartig, klumpig, elliptisch, Kaulquappenform und doppelt", sagte Debra Elmegreen. "Wir haben dies für alle Galaxien mit einem Durchmesser von mehr als 10 Pixeln getan, von denen wir dachten, dass sie groß genug wären, um etwa 1000 Galaxien zu klassifizieren."

Die Wissenschaftler verwendeten diese Klassifikationen dann, um den eigenartigsten Typ von Galaxie zu untersuchen, einen "sehr klumpigen" Typ, der im aktuellen Universum nicht mehr wirklich vorkommt. Die Forscher stellten jedoch fest, dass die meisten jungen Galaxien wegen der Gravitationsinstabilitäten in einer hoch turbulenten, gasreichen Scheibe sehr klumpig geboren wurden.

Dann untersuchten die Elmegreens ein zweites Mal das Hubble Ultra Deep Field und untersuchten nun die Kaulquappen-förmigen Galaxien. Schließlich analysierten sie die Spiralen. "Die Motivation dafür war der 50. Jahrestag der Veröffentlichung eines sehr wichtigen Papiers über Spiraldichtewellen in Galaxien, das Papier von CC Lin und Frank H. Shu," Über die Spiralstruktur von Scheibengalaxien ", das 1964 erschien im Astrophysical Journal ", sagte Bruce Elmegreen.

Ein chaotischer Ort

Von den 269 Spiralgalaxien im Hubble Ultra Deep Field analysierten die Forscher 41. Sie wichen Galaxien aus, wenn es nicht möglich war, eine klare Spiralstruktur zu bestimmen, oder wenn es nicht genügend Daten gab, um das Alter der Galaxie zu bestimmen. Die Forscher sortierten diese 41 Spiralgalaxien dann in fünf verschiedene Typen, je nachdem, ob sie klumpig oder glatt waren, wohldefiniert oder nicht, und die Anzahl und Klarheit der Spiralarme, die sie hatten. Als nächstes katalogisierten die Elmegreens die Eigenschaften jedes Galaxientyps, wie sein Alter, die Größe der Klumpen im Inneren und seine Helligkeit bei verschiedenen Frequenzen.

Die Forscher fanden heraus, dass das Universum in seiner Kindheit ein sehr chaotischer Ort war. Die ersten Galaxien waren Scheiben mit massiven, hellen, sternbildenden Klumpen und wenig regelmäßiger Struktur. Um die schönen Spiralformen, die wir heute sehen, zu entwickeln, mussten sich die Galaxien zuerst aus der vorherigen chaotischen Phase niederlassen oder "kühlen". Diese Entwicklung dauerte mehrere Milliarden Jahre.

Allmählich verloren die Galaxien, die zu Spiralen werden sollten, die meisten ihrer großen Klumpen, und eine zentrale, helle Wölbung würde erscheinen; die kleineren Klumpen in der Galaxie würden anfangen, undeutliche, "wollige" Spiralarme zu bilden.

Diese Arme würden nur dann zu sehr ausgeprägten Waffen werden, wenn das Universum etwa 3,6 Milliarden Jahre alt wäre. In diesem Alter, als die Galaxien eine Chance hatten sich zu beruhigen, nahmen die Turbulenzen ab und neue Sterne bildeten sich auf einer viel ruhigeren Scheibe. "Wir können den Übergang vom frühchaotischen in den modernen, entspannten Zustand sehen", sagte Bruce Elmegreen.

Diese ersten Spiralgalaxien waren entweder zweiarmige Strukturen oder hatten dicke, unregelmäßige Spiralen mit einigen verbleibenden Klumpen. Feinstrukturierte, mehrarmige Galaxien wie die Milchstraße und ihr Nachbar Andromeda erschienen viel später, als das Universum 8 Milliarden Jahre alt war.

Als nächstes planen die Forscher, andere Umfragen zu analysieren, um ein breiteres Bild von Galaxien als Ganzes zu erhalten, einschließlich ihrer Gesamtmassen, allgemeinen Morphologien und der Verteilung im Weltraum. "Wir sind an den inneren Strukturen dieser Galaxien interessiert, einschließlich Sternentstehungsstrukturen und Spiralarmstrukturen", sagte Bruce Elmegreen. [Siehe tolle Fotos vom Hubble Space Telescope]

Staube deine Spiralarme ab und mäste deine Beule - es ist Zeit, deine innere Galaxie anzuzapfen, um deine Intelligenz über die Milchstraße zu testen. Unser Zuhause im Weltraum ist ein merkwürdiger und wundersamer Ort, den Wissenschaftler immer noch versuchen herauszufinden. Sehen Sie, was Sie wissen!Kokons und Schmetterlinge

"Untersuchungen dieser internen Strukturen erfordern die höchstmögliche Winkelauflösung und Belichtungstiefe, und bisher ist es schwierig, mit den Advanced Camera for Survey Bildern des Hubble Ultra Deep Fields zu konkurrieren", fügte er hinzu. "In der Zukunft möchten wir versuchen, unsere Analyse auf andere Bereiche auszudehnen, damit wir mehr Galaxien einbeziehen können, soweit dies möglich ist."

Kartik Sheth, ein Astronom am National Radio Astronomy Observatory in Charlottesville, VA, der an der Studie nicht beteiligt war, nannte die Forschung "eine weitere nützliche Information zum Verständnis der detaillierten Zusammensetzung von [galaktischen] Scheiben".

Er fügte jedoch hinzu, dass die Ergebnisse gewisse Einschränkungen aufwiesen. "Wir gehen davon aus, dass die gleichen Kriterien, die wir anwenden, um stellare Strukturen lokal zu messen und zu verstehen, auch in der fernen Vergangenheit anwendbar sind", sagte Sheth.

"Das ist in Ordnung, aber stellen Sie sich vor, dass wenn wir nach Schmetterlingen suchen und Galaxien früher Kokons waren", sagte er. "Wir würden ein falsches Ergebnis erhalten.Daher muss beim Verständnis der Auswahleffekte sorgfältig vorgegangen werden. "

Sheth sagte weiter, die Forschung sei "ziemlich interessant und wichtig". Und sobald Hubbles Nachfolger, das James Webb Space Telescope, auf den Markt kommt, "werden wir wirklich all das feststellen können, denn wir werden die gleiche Auflösung bei den längeren Wellenlängen haben, wie wir sie jetzt mit Hubble im optischen Bereich haben."