Robert Klatt
Die Astronomie hat bisher angenommen, dass die Sternenscheibe der Milchstraße acht bis zehn Milliarden Jahre alt ist. Neue Untersuchungen zeigen, dass die Hauptebene der Galaxie deutlich älter ist.
Potsdam (Deutschland). Ein Großteil aller Sterne der Milchstraße befindet sich in einer etwa 1.000 bis 1.300 Lichtjahre dicken Scheibe, die die Hauptebene der Galaxie bildet. In der Astronomie existiert die These, dass Galaxien in ihrer Frühzeit aus unregelmäßigen, elliptischen Ansammlungen aus Sternen bestehen und Strukturen wie die Hauptebene der Milchstraße erst später bilden. Laut den bisher entdeckten Indizien war dies auch bei der Milchstraße der Fall.
In der Galaxie wurden etwa 13 Milliarden Jahre alte Sterne, sowohl in der Hauptebene als auch außerhalb von ihr entdeckt. Die zentrale Sternenscheibe wurde laut Samir Nepal vom Leibniz-Institut für Astrophysik hingegen bislang auf ein Alter von acht bis zehn Milliarden Jahren datiert. Wann die dünne Scheibe der Milchstraße sich tatsächlich gebildet hat, war bislang jedoch umstritten, weil Studien zu teilweise deutlich unterschiedlichen Ergebnissen kamen.
Laut ihrer Publikation auf dem Preprint-Server arXiv haben die Forscher um Nepal deshalb die bisher umfangreichste chrono-chemo-kinematische Karte der Sterne in der Hauptebene der Galaxie erstellt. Dazu haben sie die Zusammensetzung, Bewegung und Entfernung von über 560.000 Sternen aus den Aufzeichnungen des Gaia-Weltraumteleskops erfasst.
„Doch jüngste Studien haben eine nicht vernachlässigbare Zahl sehr metallarmer Sterne in dynamisch kalten Scheibenorbits enthüllt.“
Die neue Karte, die von etwa 20.000 Jahren das genaue Alter und die genaue Bewegung enthält, zeigt, dass die Hauptebene der Milchstraße eine zuvor nicht angenommene hohe Anzahl an sehr alten und metallarmen Sternen enthält. Über die Hälfte dieser metallarmen Sterne ist 13 Milliarden Jahre alt oder älter, während der Rest ein Alter von mindestens zehn Milliarden Jahren hat.
„Diese metallarmen Sterne mit Orbits innerhalb der dünnen Scheibe bilden eine klar erkennbare Population.“
Die Untersuchung der Sternenbahnen zeigt, dass die alten Sterne bereits seit der Bildung ein Teil der Hauptebene der Milchstraße sind und nicht erst nachträglich dorthin wanderten. Dies bedeutet, dass die Sternenscheibe deutlich älter sein muss, als die Forschung bisher angenommen hat.
„Diese alten Sterne in der Scheibe deuten darauf hin, dass die Bildung der dünnen Scheibe der Milchstraße etwa vier bis fünf Milliarden Jahre früher begann als zuvor angenommen.“
Die Sternenscheibe der Milchstraße hat sich demnach in astronomischen Maßstäben gemessen nur kurz nach der Entstehung der Galaxie gebildet. Außerdem haben die Astronomen entdeckt, dass die frühe Sternenbildung zu einer starken Anreicherung von schweren Elementen geführt hat. Dieser Prozess hat wiederum die Entstehung der metallreichen Sterne verursacht.
„Die Sternscheibe der Milchstraße bildete sich weniger als eine Milliarde Jahre nach dem Urknall und wuchs dann kontinuierlich von innen nach außen weiter an.“
Astronomen sind bislang davon ausgegangen, dass zentrale Sternenscheiben wie die der frühen Milchstraße nur in Ausnahmefällen in jungen Galaxien entstehen. Neue Beobachtungen des James-Webb-Teleskops deuten hingegen darauf hin, dass etwa 40 bis 60 Prozent der sternenreichen Galaxien bereits in der ersten Milliarde Jahren nach ihrem Entstehen solche Scheiben gebildet haben.
„Zurzeit werden kosmologische Simulationen durchgeführt, um die möglichen Mechanismen für eine so frühe Scheibenbildung aufzuklären, aber sie haben Schwierigkeiten, dies zu reproduzieren.“
Der Nachweis einer Sternenscheibe in der frühen Milchstraße liefert somit neue Erkenntnisse zur allgemeinen Galaxienentwicklung und ist ein klares Indiz dafür, dass ähnliche Prozesse auch in anderen frühen Galaxien zur Bildung von Sternenscheiben geführt haben. Warum in solchen Galaxien bereits kurz nach ihrem Entstehen Sternenscheiben entstanden sind, kann die Studie aber nicht beantworten.
arXiv, doi: 10.48550/arXiv.2402.00561
