Astronomen haben mehr als 200 entfernte veränderliche Sterne, bekannt als RR-Lyrae-Sterne, im stellaren Halo der Milchstraße entdeckt. Der am weitesten entfernte dieser Sterne ist mehr als eine Million Lichtjahre von der Erde entfernt, fast halb so weit wie unsere Nachbargalaxie Andromeda, die etwa 2,5 Millionen Lichtjahre entfernt ist.
Die charakteristischen Pulsationen und die Helligkeit von RR-Lyrae-Sternen machen sie zu hervorragenden „Standardkerzen“ für die Messung galaktischer Entfernungen. Diese neuen Beobachtungen haben es den Forschern ermöglicht, die äußeren Grenzen des Halo der Milchstraße zu verfolgen.
„Diese Studie definiert neu, was die äußeren Grenzen unserer Galaxie ausmacht“, sagte Raja GuhaThakurta, Professor und Lehrstuhl für Astronomie und Astrophysik an der UC Santa Cruz. „Unsere Galaxie und Andromeda sind beide so groß, dass zwischen den beiden Galaxien kaum Platz ist.“
GuhaThakurta erklärte, dass die stellare Halo-Komponente unserer Galaxie viel größer ist als die Scheibe, die einen Durchmesser von etwa 100.000 Lichtjahren hat. Unser Sonnensystem befindet sich in einem der Spiralarme der Scheibe. In der Mitte der Scheibe befindet sich eine zentrale Ausbuchtung, und um sie herum befindet sich der Halo, der die ältesten Sterne der Galaxie enthält und sich über Hunderttausende von Lichtjahren in alle Richtungen erstreckt.
„Der Heiligenschein ist am schwierigsten zu untersuchen, weil die äußeren Grenzen so weit entfernt sind“, sagte GuhaThakurta. „Die Sterne sind im Vergleich zu den hohen Sterndichten der Scheibe und der Ausbuchtung sehr spärlich, aber der Halo wird von dunkler Materie dominiert und enthält tatsächlich den größten Teil der Masse der Galaxie.“
Yuting Feng, ein Doktorand, der mit GuhaThakurta an der UCSC zusammenarbeitet, leitete die neue Studie und präsentiert ihre Ergebnisse in zwei Vorträgen auf dem Treffen der American Astronomical Society in Seattle am 9. und 11. Januar.
Laut Feng hatten frühere Modellierungsstudien berechnet, dass sich der Sternhalo etwa 300 Kiloparsec oder 1 Million Lichtjahre vom galaktischen Zentrum entfernt erstrecken sollte. (Astronomen messen galaktische Entfernungen in Kiloparsec; ein Kiloparsec entspricht 3.260 Lichtjahren.) Die Entfernung der 208 RR-Lyrae-Sterne, die von Feng und seinen Kollegen entdeckt wurden, reichte von etwa 20 bis 320 Kiloparsec.
„Wir konnten diese veränderlichen Sterne als zuverlässige Tracer verwenden, um die Entfernungen zu bestimmen“, sagte Feng. „Unsere Beobachtungen bestätigen die theoretischen Schätzungen der Größe des Halo, das ist also ein wichtiges Ergebnis.“
Die Ergebnisse basieren auf Daten der Next Generation Virgo Cluster Survey (NGVS), einem Programm, das das Canada-France-Hawaii Telescope (CFHT) nutzt, um einen Galaxienhaufen weit jenseits der Milchstraße zu untersuchen. Die Vermessung war nicht darauf ausgelegt, RR-Lyrae-Sterne zu entdecken, also mussten die Forscher sie aus dem Datensatz ausgraben. Der Virgohaufen ist ein großer Galaxienhaufen, zu dem auch die riesige elliptische Galaxie M87 gehört.
„Um eine tiefe Belichtung von M87 und den Galaxien um ihn herum zu erhalten, hat das Teleskop auch die Vordergrundsterne im selben Feld aufgenommen, sodass die von uns verwendeten Daten eine Art Nebenprodukt dieser Vermessung sind“, erklärte Feng.
Laut GuhaThakurta ermöglichte die hervorragende Qualität der NGVS-Daten dem Team, die zuverlässigste und präziseste Charakterisierung von RR Lyrae auf diesen Entfernungen zu erhalten. RR Lyrae sind alte Sterne mit sehr spezifischen physikalischen Eigenschaften, die dazu führen, dass sie sich in einem sich regelmäßig wiederholenden Zyklus ausdehnen und zusammenziehen.
„Die Art und Weise, wie ihre Helligkeit variiert, sieht aus wie ein EKG – sie sind wie die Herzschläge der Galaxie – also steigt die Helligkeit schnell an und fällt langsam ab, und der Zyklus wiederholt sich perfekt mit dieser sehr charakteristischen Form“, sagte GuhaThakurta. „Wenn man außerdem ihre durchschnittliche Helligkeit misst, ist sie von Stern zu Stern gleich. Diese Kombination ist fantastisch, um die Struktur der Galaxie zu untersuchen.“
Der Himmel ist voller Sterne, einige heller als andere, aber ein Stern kann hell aussehen, weil er sehr hell ist oder weil er sehr nah ist, und es kann schwierig sein, den Unterschied zu erkennen. Astronomen können einen RR-Lyrae-Stern anhand seiner charakteristischen Pulsationen identifizieren und anhand seiner beobachteten Helligkeit berechnen, wie weit er entfernt ist. Die Verfahren sind jedoch nicht einfach. Weiter entfernte Objekte wie Quasare können sich als RR-Lyrae-Sterne ausgeben.
„Nur Astronomen wissen, wie schmerzhaft es ist, zuverlässige Tracer dieser Entfernungen zu bekommen“, sagte Feng. „Diese robuste Probe entfernter RR-Lyrae-Sterne gibt uns ein sehr leistungsfähiges Werkzeug, um den Halo zu untersuchen und unsere aktuellen Modelle der Größe und Masse unserer Galaxie zu testen.“
Diese Studie basiert auf Beobachtungen, die mit MegaPrime/MegaCam, einem gemeinsamen Projekt von CFHT und CEA/IRFU, am Canada-France-Hawaii Telescope (CFHT) gewonnen wurden, das vom National Research Council (NRC) von Kanada, dem Institut, betrieben wird National des Sciences de l’Univers des Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS) in Frankreich und der University of Hawaii.
Mehr Informationen:
Konferenz: Treffen der American Astronomical Society in Seattle