Wie die Webb- und Gaia-Missionen eine neue Perspektive auf die Galaxienentstehung bieten

In einem Durchbruch in der galaktischen Archäologie nutzen Astronomen detailliertere Informationen, um den Ursprung unserer Galaxie zu verfolgen und zu erfahren, wie andere Galaxien in den frühen Stadien des Universums entstanden sind. Mit leistungsstarken Weltraumteleskopen wie Gaia und James Webb können Astronomen in die Vergangenheit reisen und einen Blick auf einige der ältesten Sterne und Galaxien werfen. Anhand von Gaias Daten über die Positionen und Bewegungen von Sternen in unserer Milchstraße und Webbs Beobachtungen früher Galaxien, die sich bildeten, als das Universum noch jung war, lernen Astronomen, wie Galaxien zusammenkommen, und machen verblüffende Entdeckungen, die darauf hindeuten, dass das frühe Universum viel dichter und dichter war heller, als sich irgendjemand zuvor vorgestellt hatte.

Die ältesten Teile der Milchstraße

In einer kürzlich erschienenen Arbeit identifizierten Forscher die Verwendung des Gaia-Weltraumteleskops Zwei SternenströmeShakti und Shiva genannt, haben jeweils eine Gesamtmasse von etwa 10 Millionen Sonnen und sollen vor etwa 12 Milliarden Jahren mit der Milchstraße verschmolzen sein.

Diese Ströme gab es schon, bevor die Milchstraße Merkmale wie eine Scheibe oder Spiralarme aufwies, und Forscher glauben, dass sie zu den ältesten Bausteinen der Galaxie im Laufe ihrer Entwicklung gehören könnten.

„Interessant ist, dass wir diese Strukturen überhaupt aus so alten Zeiten nachweisen können“, sagte der leitende Forscher Khayati Malhan vom Max-Planck-Institut für Astronomie (MPIA). Gravitationskraft und bildete im Wesentlichen die Proto-Milchstraße.

Dies geschah, als das Universum noch jung war und sich die ersten Galaxien erst vor etwa 13 Milliarden Jahren bildeten. Als sich diese Gruppen von Sternen zusammenschlossen, um die spätere Milchstraße zu bilden, gab es eine Debatte darüber, ob die Gruppe, der sie sich anschlossen, als Galaxie bezeichnet werden könne. Während für den Zusammenhalt einer bestimmten Masse von Sternen eine umfassende Gravitationsvoraussetzung besteht, gibt es keine genaue Definition dafür, wann ein Sternhaufen als Beginn einer Galaxie bezeichnet werden kann.

„Wann ist eine Stadt eine Stadt?“ sagte Co-Autor Hans-Walter Rex, ebenfalls vom MPIA. „Deshalb gab es keine Epoche, in der sich die Galaxie gebildet hat. Es war ein kontinuierlicher Prozess.“

Die Milchstraße als Testfall

Da es so viel über die Galaxienentstehung zu wissen gibt, ist es sinnvoll, mit unserer eigenen Milchstraße als Testfall zu beginnen. Die Milchstraße sei eine „sehr durchschnittliche Galaxie“, sagte Rex. Im Vergleich zum Rest des Universums „lebt die Hälfte der Sterne in größeren Galaxien und die Hälfte der Sterne in kleineren Galaxien.“

Was die Milchstraße so nützlich macht, ist, dass wir einen einzigartigen Zugang zu ihr haben und die Möglichkeit haben, einzelne Sterne darin zu sehen. Dies bedeutet, dass Forscher große Sternhaufen identifizieren können, die scheinbar aus ähnlichem Alter und ähnlichen Konzentrationen schwererer Elemente stammen. Durch die Betrachtung jedes dieser Cluster können sie nachvollziehen, wie die Galaxie zusammengesetzt ist.

Es gibt zwei Hauptwege, auf denen Sterne in Galaxien eindringen. Im ersten Fall gibt es große Gaswolken, die innerhalb einer bestehenden Galaxie verteilt sind, und dieses Gas kondensiert, sodass sich in ihnen Sterne bilden. Alternativ können Sterne, die in einer Satellitengalaxie entstehen, in die Muttergalaxie gezogen werden.

Heutzutage beobachten wir die Entstehung von Sternen hauptsächlich in Gaswolken, wobei etwa 90 % der Sterne, die wir heute sehen, auf diese Weise entstehen. Aber im frühen Universum war die Option der Satellitenakkretion viel wichtiger, da man annimmt, dass sich die meisten Sterne aus dieser Zeit zu Klumpen gebildet haben, die dann in die entstehende Milchstraße hineingezogen wurden.

Um die Geschichte der Milchstraße zu verstehen, müssen Astronomen den Ursprung dieser Sternhaufen zurückverfolgen und herausfinden, was sie zu der Galaxie, die wir heute kennen, hingezogen hat. „Eines der großen Ziele ist, können wir die frühen Wachstumsereignisse dieser Stücke gemeinsam rekonstruieren?“ sagte Rex.

Mithilfe von Gaia-Daten konnten die Forscher Gruppen von Sternen mit ähnlichen Umlaufbahnen auswählen, die sich in der Mitte der Galaxie befinden. Es befindet sich ungefähr auf halber Strecke zwischen der Erde und dem Zentrum der Galaxie und besteht aus einem dickwandigen Torus, der sich um das Zentrum der Galaxie dreht.

Die Forscher vermuten, dass die beiden von ihnen entdeckten Sternströme zu den letzten Teilen der Milchstraße gehörten, die während der Akkretionsphase der Satelliten absorbiert wurden, wonach die Sternentstehung innerhalb der Galaxie zum Haupttreiber für den Beitritt von Sternen zur Galaxie wurde. „Es scheint, als wären Shakti und Shiva der letzte Schritt in diesem frühen Stadium gewesen, als sich hauptsächlich kleine Teile zusammenfügten“, sagte Rex.