Wie hat die Milchstraße ihre Ausbuchtung bekommen? Fast-Moving Stars können Hinweise halten

Sonnenartige Sterne in der zentralen Drehscheibe der Milchstraße ziehen sich je nach ihrer Entstehung mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten dahin, wie neue Forschungen zeigen.

Forscher, die die Ausbuchtungen von Sternen in der Nähe des Zentrums der Milchstraße betrachten, fanden heraus, dass Sterne, die reich an schwereren Elementen sind - die massereicher als Wasserstoff und Helium - sich doppelt so schnell bewegen wie jene ohne. Die neuen Erkenntnisse könnten helfen, Fragen darüber zu beantworten, ob die Ausbuchtung durch die Bewegung der Sterne oder durch eine alte Kollision mit einer anderen Galaxie oder durch eine Kombination der beiden entstanden ist.

"Die Ausbuchtung der Milchstraße ist eine wichtige galaktische Komponente. Sie enthält etwa 10 bis 20 Prozent der Masse der Galaxie, aber ihre Formationsentwicklung ist immer noch nicht gut verstanden", sagte Will Clarkston am Donnerstag (11. Januar) auf dem 231. Treffen von die amerikanische Astronomische Gesellschaft in National Harbor, Maryland. [Atemberaubende Fotos unserer Milchstraße (Galerie)]

Clarkston, ein Astronom an der Universität von Michigan, war Teil einer Studie, die fast ein Jahrzehnt lang Daten des Hubble-Weltraumteleskops der NASA durchforstete, um zu messen, wie schnell die Sterne um das Zentrum der Galaxie wirbelten.

Während bodengebundene Teleskope die Bewegung der Sterne zur Sonne hin oder von ihr weg gemessen haben, enthüllen die neuen Forschungen mit Hubble, wie sie das Zentrum der Galaxie seitlich am Himmel umkreisen.

"Unsere erste Studie zeigt, dass es im Seitenteil dieser Bewegung Unterschiede gibt", sagte Clarkston.

Die Geburt der Beule

Die Milchstraße ist eine klassische Spiralgalaxie mit Armen, die sich in einer Ebene um ihr vorgewölbtes Zentrum krümmen. Die Bildung der Wölbung bleibt jedoch ein Rätsel. In der Vergangenheit dachten Astronomen, dass die Ausbuchtung aus alten Sternen bestand, erklärten Forscher in einer Erklärung, aber eine wachsende Menge an Beweisen hat auch junge Sterne offenbart. Zusammen mit anderen Beobachtungen deutet dies darauf hin, dass die Milchstraße in der Vergangenheit eine Kollision mit einer anderen Galaxie erlitten haben könnte.

"Es gibt viele Theorien, die die Entstehung unserer Galaxie und ihrer zentralen Ausbuchtungen beschreiben", sagte Annalisa Calamida, Mitglied des Hubble-Forschungsteams am Space Telescope Science Institute in Maryland.

"Manche sagen, die Beule habe sich gebildet, als sich die Galaxie vor etwa 13 Milliarden Jahren gebildet hat. In diesem Fall sollten alle Wölbungssterne alt sein und eine ähnliche Bewegung haben", fügte Calamida hinzu. "Aber andere denken, dass sich die Beule später in der Galaxie gebildet hat und sich langsam entwickelt hat, nachdem die ersten Generationen von Sternen geboren wurden."

Um besser zu verstehen, wie die Beule entstand, wandten sich Clarkston, Calamida und ihre Kollegen neun Jahre lang Archival-Hubble-Daten zu, um zu sehen, wie sich etwa 10.000 der normalen sonnenähnlichen Sterne der Wölbung bewegten. Sie verwendeten dann Spektren des Very Large Telescope der Europäischen Südsternwarte in Chile, um die chemische Zusammensetzung dieser Sterne abzuschätzen.

Nach dem Vergleich der beiden, entdeckte das Team, dass die Bewegungen der Bulge Sterne in Abhängigkeit von der chemischen Zusammensetzung eines Sterns variiert. Sterne hoch in Metallen - für Astronomen gelten alle Elemente außer Wasserstoff und Helium als Metalle - kreisen die Wölbung mit höherer Geschwindigkeit ein als ältere, metallarme Sterne.

"Wir haben diese Sterne chemisch in Metallreiche und Metallarme zerlegt", sagte Clarkston.

Indem wir die Bewegung der Sterne im Vergleich zueinander aufzeichneten, entdeckten wir, was Clarkston die "Fingerabdrücke" der beiden Populationen nannte, eine verschmierte Grafik, die ihre unterschiedlichen Geschwindigkeiten hervorhebt.

"Es gibt eine bestimmte Richtung der Rotation, die ein wenig überraschend scheint", sagte Clarkston.

Eine 3D-Ausbuchtung

Wie Fingerabdrücke an einem Tatort zeigen die neuen Ergebnisse nicht sofort, was in der Vergangenheit passiert ist, aber sie liefern starke Anhaltspunkte.

"Die Sterne in unserer Studie zeigen Eigenschaften beider Modelle", sagte Calamida. "Daher kann diese Analyse uns helfen, den Ursprung der Ausbuchtung zu verstehen." Metallreiche Sterne könnten sich aus dem Material gebildet haben, das von früheren Generationen von Sternen ausgestoßen wurde, wobei verschiedene Geburtsszenarien einen Geschwindigkeitsunterschied verursachten, oder sie hätten durch eine kollidierende Galaxie hereingebracht werden können, sagte sie.

Die neuen Daten werden den Wissenschaftlern helfen, die Bildung der Ausbuchtung besser zu verstehen. Clarkston zufolge schließen andere Forscher die Entdeckung bereits in Modelle ein, die detaillierte Vorhersagen machen, um die Beobachtungen zu testen.

"Nachdem wir den Fingerabdruck gefunden haben, wollen wir die forensische Wissenschaft entwickeln, damit wir im Detail entwickeln können, wie die Beule tatsächlich funktioniert", sagte Clarkston.

Die neue Forschung wird als Wegbereiter für das NASA-Weltraumteleskop James Webb dienen, das 2019 starten soll. Eine der Aufgaben des neuen Teleskops wird es sein, die Archäologie der Milchstraße zu erforschen.

In der Zwischenzeit plant Clarkstons Team, die Archivdaten nach noch mehr Sternen zu durchsuchen und ihre Chemie mit ihrer Rotation zu vergleichen.

"Hubble hat uns einen schmalen Blick auf den Kern der Galaxie gegeben, aber wir sehen tausende Sterne mehr als in früheren Studien", sagte Calamida.

"Als nächstes planen wir, unsere Analyse zu erweitern, um zusätzliche Beobachtungen entlang verschiedener Sichtlinien zu machen, was es uns ermöglichen wird, eine dreidimensionale Untersuchung der komplexen Komplexität der Populationen in der Ausbuchtung durchzuführen."