Eine Fundgrube an Daten wurde vorbereitet, um einige der großen Fragen zu unserer Galaxie zu beantworten.
Die von der Gaia-Mission der Europäischen Weltraumorganisation gesammelten Daten enthalten eine beispiellose Menge an Informationen über mehr als eine Milliarde der hellsten Objekte am Himmel. Astronomen hoffen, dass die neuen Daten, die am 13. Juni fällig sind, dazu beitragen werden, einige Schlüsselrätsel über die Entstehung und das Leben der Milchstraße und der Sterne darin zu lösen.
Die Gaia-Mission wurde 2013 gestartet und ist dafür bekannt, die detaillierteste Karte der Milchstraße zu erstellen, die die genauen Positionen, Entfernungen und Geschwindigkeiten von fast zwei Milliarden Sternen grafisch darstellt. Der kommende Datensatz wird eine neue Dimension hinzufügen: Er wird die chemische Zusammensetzung von zig Millionen Sternen enthüllen und es Astronomen ermöglichen, wichtige Fragen zu beantworten.
Gaia schwebt um Lagrange Point 2 herum (nicht weit entfernt von einer anderen Pioniermission, dem James-Webb-Weltraumteleskop) und überblickt etwa alle zwei Monate den gesamten Himmel. Die zwei Milliarden Himmelskörper, die das Teleskop sieht, machen nur etwa 1 % aller Sterne in der Milchstraße aus. Aber mit Hilfe ausgeklügelter Computeralgorithmen und viel wissenschaftlichem Wissen können Astronomen diese Messungen extrapolieren, um ein Gefühl für die Galaxie als Ganzes zu bekommen.
Hier sind einige der faszinierendsten Geheimnisse, die die Erforscher der Milchstraße mit neuen Daten unbedingt lösen wollen.
Verwandt: Wie viele Sterne gibt es in der Milchstraße?
1. Woher kommen Sterne?
Durch die Messung der genauen Positionen, Entfernungen und Geschwindigkeiten von riesigen Mengen an Sternen leistet Gaia mehr als nur eine Kartierung der heutigen Milchstraße. Da Objekte im Universum den Regeln der Physik folgen, können Astronomen die vergangenen Bahnen dieser Sterne modellieren und im Wesentlichen die Milchstraße über Millionen oder sogar Milliarden von Jahren hin und her spielen. Dies war aber bereits mit den zuvor veröffentlichten Daten möglich. Mit dem neuen Datensatz werden Astronomen in der Lage sein, nach mehr zu suchen.
Zum ersten Mal wird das Gaia-Missionsteam die so genannten „astrophysikalischen Parameter“ von einer halben Milliarde Sternen veröffentlichen. Diese Parameter, die aus den von Gaia gemessenen Lichtspektren von Sternen abgeleitet werden (die im Wesentlichen Fingerabdrücke davon sind, wie diese Sterne Licht absorbieren), geben Auskunft über die chemische Zusammensetzung, Masse, Alter, Temperatur und Helligkeit jedes der gemessenen Sterne. Das ist ein großes Problem, sagte Jos De Bruyne, ein Wissenschaftler des Gaia-Projekts, gegenüber Space.com.
„Du wirst die Sterne wirklich kennenlernen“, sagte De Bruyne. „Sie erzählen dir im Grunde von ihnen. Es ist, als hättest du eine anonyme Gruppe von 500 Millionen Menschen, und jetzt kannst du jeden von ihnen kennenlernen – ihre Namen, wie alt sie sind, woher sie kommen.“
Für 30 Millionen dieser Sterne, sagte de Bruyne, hat Gaia die chemische Zusammensetzung der Sternatmosphären gemessen, die mit der chemischen Zusammensetzung der Molekülwolken übereinstimmt, die diese Sterne vor Milliarden von Jahren hervorbrachten. Durch die Kombination von Informationen über die chemische Zusammensetzung und die Modellierung von Sternbahnen werden Astronomen in der Lage sein, Sternhaufen zu ihren Geburtsorten innerhalb (aber auch außerhalb) der Milchstraße zu verfolgen.
„Es ist wirklich einzigartig, dass wir das jetzt mit so vielen Stars machen können“, sagte De Bruyne. „Das ist bei bodengestützten Teleskopen wirklich schwierig und teuer, da kostet es viel Zeit.“
2. Wie „hängt“ eine Galaxie zusammen?
Obwohl Gaia die Milchstraße seit 2014 vermisst, gibt es immer noch viele Astronomen, die die Galaxie nicht verstehen. Das Studium unserer ungarischen Heimat ist keine leichte Aufgabe. Da wir uns innerhalb der Galaxis befinden, können wir „den Wald vor lauter Bäumen nicht sehen“. Selbst für Gaia ist es unmöglich, durch die dicken Staub- und Gaswolken zu blicken, die das Zentrum der Milchstraße verdecken (wo das kürzlich abgebildete supermassereiche Schwarze Loch Sagittarius A* auf der anderen Seite der galaktischen Scheibe lauert).
Aber durch inkrementelle Verbesserungen der Gaia-Daten – und mit Hilfe anderer Beobachtungstechniken wie der Radioastronomie – fügt sich das Gesamtbild Stück für Stück zusammen. Das bedeutet, dass wir uns der Lösung einiger großer Rätsel nähern, einschließlich der Verteilung der Dunklen Materie in der Galaxie.
„Alle Dinge in der Galaxie üben auf jeden Stern Schwerkraft aus, und diese Schwerkraft bestimmt, wie schnell sich der Stern bewegt“, sagte De Bruyne. „Indem man also die Bewegungen der Sterne misst, kann man auch die Verteilung der Materie in der Milchstraße untersuchen. Das ist wirklich wichtig, um zu sehen, wie die Galaxie zusammenhält.“
Eine anhaltende Unsicherheit bezüglich der Verteilung der Sterne in der Milchstraße ist die charakteristische Spiralstruktur der Galaxie. Astronomen sind sich größtenteils einig, dass die Milchstraße vier Spiralarme hat, die dichte, sich windende Ströme von Sternen und Gas sind, die vom galaktischen Zentrum auszugehen scheinen. Aber es gibt einige Streitpunkte über diese Spiralarme: Astronomen diskutieren immer noch über die Größe und den Ruhm der einzelnen Arme sowie über ihre genaue Position in der Scheibe der Milchstraße. Die neuen Daten könnten dazu beitragen, die helikale Struktur mit besserer Klarheit aufzudecken.
„Mit den astrophysikalischen Standards, die wir jetzt haben, können wir direkte Proben von Sternen für spezifische wissenschaftliche Situationen erstellen“, sagte de Bruyne. „Wir wissen, dass Spiralarme hauptsächlich aus jungen Sternen bestehen. Dort entstehen Sterne. Mit den neuen Daten können wir also zum Beispiel Sterne betrachten, die nicht älter als 100 Millionen Jahre sind.“ (In Sternen ausgedrückt sind 100 Millionen Jahre Kindheit. Zum Vergleich: Unsere Sonne ist 4,6 Milliarden Jahre alt und wird in 5 Milliarden Jahren sterben.)
Wieder einmal sieht Gaia die Spiralarme nicht so, wie sie heute sind; Es ermöglicht Astronomen, die Entwicklung von Waffen in der Vergangenheit und der Zukunft zu modellieren.
Mit den neuen Daten werden Astronomen in der Lage sein, weiter von der Sonne weg zu blicken und so einen größeren Teil der Spiralarme der Galaxie direkt zu untersuchen, sagte Anthony Brown, ein Astronom an der Universität Leiden in den Niederlanden und Leiter des Gaia Data Processing and Analysis Consortium, sagte Space.com. Die Galaxie als Ganzes zu verstehen, wird jedoch eine Herausforderung bleiben.
3. Was geschah in der „Kindheit“ der Milchstraße?
Gaias Messungen ermöglichen Astronomen, das durchzuführen, was sie „galaktische Archäologie“ nennen. Indem sie die Bahnen von Millionen von Sternen rekonstruieren, können sie etwas über Ereignisse erfahren, die sich in der fernen Vergangenheit vor Milliarden von Jahren ereignet haben. Zu diesen Ereignissen gehören katastrophale Kollisionen mit anderen Galaxien, deren Wellen bis heute in der Galaxie beobachtet werden können.
Eine der berühmtesten Entdeckungen aus früheren Gaia-Datenveröffentlichungen war die Kollision mit einer kleineren Galaxie namens Gaia Enceladus, die vor 8 bis 11 Milliarden Jahren stattfand. Damals war die Milchstraße viel kleiner als heute, und als sie den kleineren Eindringling verschlang, erlebte sie eine große Störung. Brown sagte, die Kollision mit Gaia Enceladus sei „die letzte große Verschmelzung der Milchstraße“ in ihrer gewalttätigen Kindheit gewesen. Er hofft, dass Astronomen mit dem neuen Datensatz einen weiteren Blick auf die Geschichte der Galaxie werfen und einige der vergangenen Kollisionen nachvollziehen können.
„Wir haben bereits einige Autoren gesehen, die versuchten, mehr als 10 Milliarden Jahre in die Vergangenheit zu blicken, bei den ersten Hinweisen auf die Entstehung der Milchstraße, etwa 12 [billion] Oder vor 13 Milliarden Jahren“, sagte Brown. Mit der neuen Version sollten wir dies dank der astrophysikalischen Informationen, die wir veröffentlichen werden, noch besser können. Jetzt, da wir das Alter und die chemische Zusammensetzung der Sterne kennen, können wir die chronologische Reihenfolge angeben, in der die Ereignisse aufgetreten sind, und wir können auch sagen, woher die Sterne ursprünglich kamen. “
Die Milchstraße verschlingt bis heute kleinere Galaxien. Modelle zeigen, dass die beiden als Große Magellansche Wolke und Kleine Magellansche Wolke bekannten Zwerggalaxien, die den Rand der Milchstraße umkreisen, eines Tages vollständig von der Milchstraße verschluckt werden. Die Überreste anderer Zwerggalaxien können in den Gaia-Daten als stellare Ströme verfolgt werden, die über den Halo der Milchstraße verstreut sind, sagte Brown.
So wie sie aus heftigen Kollisionen hervorgegangen ist, wird die Milchstraße eines Tages einen gewaltsamen Tod sterben. In etwa 4,5 Milliarden Jahren wird die Milchstraße mit ihrer nächsten großen Galaxie, der Andromeda-Galaxie, kollidieren. Es wird erwartet, dass diese Kollision ungefähr zur gleichen Zeit wie der Tod der Sonne stattfindet, daher ist es unwahrscheinlich, dass die Menschheit in der Nähe ist, um sie zu sehen. Brown sagte, dass die neue Gaia-Datenveröffentlichung tatsächlich etwas Licht auf dieses katastrophale Ereignis werfen könnte.
4. Was ist falsch an der Scheibe der Milchstraße?
Frühere Gaia-Daten zeigten, dass die Scheibe der Milchstraße eher verzerrt als flach ist. Es schwingt auch wie ein Kamm, der sich um das galaktische Zentrum dreht. Astronomen glauben, dass dieses Wackeln durch die Kollision einer nicht weit entfernten Galaxie verursacht wird.
Brown hofft, dass die neuen Daten mehr Licht auf die Störung und ihre Ursprünge werfen werden. Eine bevorstehende Datenveröffentlichung wird Informationen über die Bewegung von mehr als 30 Millionen Sternen in Gaias Sichtlinie enthalten – das heißt, wie schnell sie sich auf das Teleskop zu oder von ihm weg bewegen, die sogenannte Radialgeschwindigkeit. Frühere Versionen enthielten Radialgeschwindigkeiten von nur 7 Millionen Sternen. Je mehr Informationen Astronomen haben, desto genauere Details können ihre Analysewerkzeuge über die Galaxie enthüllen.
„Wir können versuchen zu messen [the disturbance] an verschiedenen Orten der Galaxie oder sehen, wie sie bestimmte Arten von Sternen beeinflussen“, sagte Brown. Dies sagt uns viel darüber aus, was genau die Störung der Scheibe der Milchstraße verursacht hat. Dies ist die Art von Dingen, die Sie mit diesen erweiterten Beispieldaten beginnen können. “
Und es werden noch mehr kommen
Gaia ist derzeit die wissenschaftliche Mission, die die meisten wissenschaftlichen Arbeiten hervorbringt, und laut De Bruijne steht das Beste noch bevor. Der Daten-Dump am 13. Juni wird auch den größten Satz an Informationen über Doppelsternsysteme in der Milchstraße enthalten, und De Bruijne erwartet, dass diese Daten bahnbrechende Entdeckungen hervorbringen werden.
Darüber hinaus hat Gaia die größte Datenbank mit chemischen Zusammensetzungen von Asteroiden im Sonnensystem zusammengestellt. Das Konsortium, das Gaia-Messungen verarbeitet, entwickelt zunehmend bessere Algorithmen, die es Wissenschaftlern ermöglichen, mehr über die Sterne zu erfahren, die Gaia sieht. Bis 2025, wenn der Treibstoff zur Neige geht, wird die Mission den Himmel weiter vermessen. De Bruyne sagte, zwei weitere Big-Data-Veröffentlichungen würden voraussichtlich der Veröffentlichung am 13. Juni folgen und neue Überraschungen bringen, darunter Tausende neu entdeckter Exoplaneten.
Folgen Sie Teresa Poltarova auf Twitter Tweet einbetten. Folge uns auf Twitter Tweet einbetten und weiter Facebook.