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HUBBLE
Unsere Milchstraße in jungen Jahren
von Stefan Deiters
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15. November 2013

Durch die Beobachtung von rund 400 Galaxien, die unserer Milchstraße in verschiedenen Phasen ihrer Entwicklung ähneln dürften, haben Astronomen jetzt rekonstruiert, wie unsere Heimatgalaxie zu dem wurde, was wir heute am Himmel sehen. Die meisten ihrer Sterne entstanden danach vor elf bis sieben Milliarden Jahren.

Milchstraße

Die Milchstraße heute (oben) und wie sie vor elf Milliarden Jahren ausgesehen haben könnte. Die Erde gab es damals natürlich noch nicht. Bild: NASA, ESA und Z. Levay (STScI)  [Großansicht]

"Zum ersten Mal haben wir jetzt direkte Aufnahmen, die uns zeigen, wie die Milchstraße in der Vergangenheit aussah", freut sich Pieter G. van Dokkum von der Yale University. "Natürlich können wir nicht die Milchstraße selbst in der Vergangenheit beobachten. Wir haben aber Galaxien in vielen Milliarden Lichtjahren Entfernung ausgewählt, die sich einmal zu einer Galaxie wie die Milchstraße entwickeln werden. Durch das Verfolgen der Entwicklung dieser Geschwister unserer Milchstraße haben wir herausgefunden, dass in unserer Galaxie 90 Prozent der Sterne in einem Zeitraum von vor elf bis sieben Milliarden Jahren entstanden sind, was man bislang nicht direkt messen konnte."

Dank des guten Auflösungsvermögens des Weltraumteleskops Hubble ist es dem Astronomenteam gelungen, auch weit entfernte Galaxien so detailliert zu untersuchen, dass sich daraus die Entwicklung ihrer Struktur im Laufe von vielen Milliarden Jahren ableiten lässt. Dies wiederum erlaubt Rückschlüsse auf die Geschichte unserer eigenen Heimatgalaxie.

Der Aufbau unserer Milchstraße ähnelt im Prinzip dem eines Spiegeleis: Das Eiweiß steht dabei für die galaktische Scheibe mit den Spiralarmen, in der sich auch unser Sonnensystem befindet. Das Eigelb im Zentrum steht für den Zentralbereich, den galaktischen Bulge, in deren Mitte ein supermassereiches Schwarzes Loch zu Hause ist. Die Hubble-Beobachtungen deuten nun darauf hin, das die Scheibe und der Bulge gleichzeitig zu der majestätischen Spiralgalaxie herangewachsen sind, in der wir uns heute befinden.

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"Man kann erkennen, dass diese Galaxien flockig und ausgedehnt sind", beschreibt Shannon Patel von der Universität im niederländischen Leiden. "Es gibt keine Hinweise auf einen Bulge ohne Scheibe, um den sich dann die Scheibe später entwickelt hat." Und Teammitglied Erica Nelson von der Yale University ergänzt: "Diese Galaxien zeigen uns, dass die gesamte Milchstraße gleichzeitig gewachsen ist, im Gegensatz zu massereicheren elliptischen Galaxien, wo der zentrale Bulge zuerst entstand."

Nach diesem Bild der Entstehungsgeschichte unserer Milchstraße dürfte unsere Heimatgalaxie vor einigen Milliarden Jahren ein massearmes, bläuliches und recht leuchtschwaches Objekt gewesen sein, in dem sich noch große Mengen an Gas befanden, dem Grundstoff für neue Sterne. Die bläuliche Farbe der beobachteten Verwandten der Milchstraße im jungen Universum deutet auf heftige Sternentstehung hin.

Zum Höhepunkt der Sternentstehung muss es dabei etwa vier Milliarden Jahre nach dem Urknall gekommen sein. In dieser Zeit entstehen in Milchstraßen-ähnlichen Galaxien rund 15 neue Sterne in jedem Jahr. Zum Vergleich: Heute bildet sich in der Milchstraße in jedem Jahr im Schnitt ein Stern.

Zum Aufspüren von Galaxien, die sich für ihre Studie eignen, griffen die Astronomen auf die Daten aus drei umfangreichen Himmelsdurchmusterungen zurück, die mit dem Weltraumteleskop Hubble durchgeführt worden waren. Insgesamt untersuchte das Team über 100.000 Galaxien genauer, um daraus schließlich 400 Galaxien auswählen zu können, die für die Untersuchung der Entstehungsgeschichte der Milchstraße am besten geeignet sind.

"Durch diese Beobachtungen konnten wir den größten Teil der Entwicklung der Milchstraße erfassen", so Joel Leja von der Yale University. "Dank der tiefen Durchmusterungen konnten wir auch die kleineren Galaxien sehen. Bei früheren Beobachtungen waren immer nur die hellsten Galaxien in weiter Vergangenheit zu erkennen. Jetzt können wir auch normalere Galaxien beobachten. Hubble ermöglichte es uns, ihre Form, ihre Farbe und auch ihre Entfernung von der Erde zu bestimmen."

Die Hubble-Beobachtungen machen erneut deutlich, dass gewaltige Kollisionen zwischen Spiralgalaxien für deren Wachstum offenbar keine größere Rolle gespielt haben, sondern sie hauptsächlich durch Sternentstehung gewachsen sind. Damit unterscheidet sich ihre Entwicklung von der massereicher elliptischer Galaxien.

"Unsere Beobachtungen zeigen, dass es mindestens zwei galaktische Entwicklungswege gibt", fasst van Dokkum zusammen. "Massereiche elliptische Galaxien bilden zunächst einen sehr dichten Kern im jungen Universum, der vermutlich auch ein Schwarzes Loch enthält und der Rest der Galaxie kommt dann langsam durch Verschmelzungen mit anderen Galaxien hinzu. Unsere Studie hat gezeigt, dass Galaxien wie die Milchstraße einen anderen Entwicklungsweg hatten, auf dem sie schließlich zu jenen majestätischen Spiralgalaxien heranwuchsen, die wir heute beobachten können."

Die Untersuchung der Astronomen werden in zwei Fachartikeln beschrieben. Einer ist bereits im Sommer in den Astrophysical Journal Letters erschienen, der zweite wurde in dieser Woche im Astrophysical Journal veröffentlicht.

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siehe auch
Milchstraße: Die Form des galaktischen Zentralbereichs - 12. September 2013
Galaxienstruktur: Der erste Knochen der Milchstraße? - 14. Januar 2013
VLBA: Milchstraße massereicher als gedacht - 6. Januar 2009
Spitzer: Milchstraße hat zwei Arme weniger - 4. Juni 2008
Spitzer: Milchstraße hat einen Balken - 17. August 2005
Links im WWW
Fachartikel im ApJL (pdf-Download von HubbleSite.org)
Fachartikel im ApJ (pdf-Download von HubbleSite.org)
HubbleSite, Seite des STScI
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