Gaia entwirrt die alten Fäden der Milchstraße

Das Gaia-Weltraumteleskop der ESA hat die Geschichte unserer Galaxie weiter entschlüsselt und zwei überraschende Sternströme entdeckt, die sich vor mehr als 12 Milliarden Jahren gebildet und miteinander verbunden haben.

Die beiden Ströme namens Shakti und Shiva trugen zur Bildung der jungen Milchstraße bei. Beide sind so alt, dass sie wahrscheinlich schon vor den ältesten Teilen der Spiralarme und der Scheibe unserer heutigen Galaxie entstanden sind.

„Was wirklich erstaunlich ist, ist, dass wir diese alten Strukturen überhaupt entdecken können“, sagt Khyati Malhan vom Max-Planck-Institut für Astronomie (MPIA) in Heidelberg, Deutschland, der die Forschung leitete. „Die Milchstraße hat sich seit der Geburt dieser Sterne so stark verändert, dass wir nicht erwartet hätten, sie so deutlich als Gruppe zu erkennen – aber die beispiellosen Daten, die wir von Gaia erhalten, haben es möglich gemacht.“

Mithilfe von Gaia-Beobachtungen konnten die Forscher die Umlaufbahnen einzelner Sterne in der Milchstraße sowie deren Inhalt und Zusammensetzung bestimmen. „Als wir die Umlaufbahnen all dieser Sterne visualisierten, fielen zwei neue Strukturen auf, die sich von den anderen Sternen mit einer bestimmten chemischen Zusammensetzung abhoben“, fügt Khyati hinzu. „Wir nannten sie Shakti und Shiva.“ Die Arbeit ist veröffentlicht In Das Astrophysikalische Journal.

Wirklich antike Fragmente

Jeder Strom enthält die Masse von etwa 10 Millionen Sonnen, wobei sich Sterne mit einem Alter von 12 bis 13 Milliarden Jahren alle auf sehr ähnlichen Umlaufbahnen mit ähnlicher Zusammensetzung bewegen. Die Art und Weise, wie sie verteilt sind, lässt darauf schließen, dass sie sich möglicherweise als separate Fragmente gebildet haben, die zu Beginn ihres Lebens mit der Milchstraße verschmolzen.

Beide Ströme liegen in Richtung des Herzens der Milchstraße. Gaia erkundete diesen Teil der Milchstraße im Jahr 2022 mithilfe einer Art „galaktischer Archäologie“; Dies zeigte, dass die Region mit den ältesten Sternen der gesamten Galaxie gefüllt war, die alle geboren waren, bevor sich die Scheibe der Milchstraße überhaupt richtig gebildet hatte.

„Die Sterne dort sind so alt, dass ihnen viele der schwereren Metallelemente fehlen, die später im Laufe der Lebenszeit des Universums entstehen. Diese Schwermetalle werden in Sternen gebildet und im Weltraum verteilt, wenn sie sterben. Die Sterne im Herzen unserer Galaxie sind metallarm, Deshalb nannten wir diese Region das „arme alte Herz“ der Milchstraße“, sagt Co-Autor Hans-Walter Rix, ebenfalls vom MPIA und leitender „galaktischer Archäologe“ der Arbeit von 2022.

„Bisher kannten wir nur diese sehr frühen Fragmente, die zusammen das uralte Herz der Milchstraße bildeten. Mit Shakti und Shiva sehen wir nun die ersten Stücke, die vergleichsweise alt erscheinen, aber weiter draußen liegen. Sie bedeuten die ersten Schritte unseres Lebens.“ Wachstum der Galaxie zu ihrer heutigen Größe.

Ein komplexer Stammbaum

Die beiden Streams sind zwar sehr ähnlich, aber nicht identisch. Shakti-Sterne kreisen etwas weiter vom Zentrum der Milchstraße entfernt und auf kreisförmigeren Umlaufbahnen als Shiva-Sterne. Passenderweise sind die Bäche nach einem göttlichen Paar aus der hinduistischen Philosophie benannt, das sich zusammenschließt, um das Universum (oder den Makrokosmos) zu erschaffen.

Vor etwa 12 Milliarden Jahren sah die Milchstraße ganz anders aus als die geordnete Spirale, die wir heute sehen. Wir glauben, dass unsere Galaxie durch die Verschmelzung mehrerer langer, unregelmäßiger Filamente aus Gas und Staub entstanden ist, die alle Sterne bildeten und sich zusammenwickelten, um die Geburt unserer Galaxie, wie wir sie kennen, auszulösen. Es scheint, dass Shaki und Shiva zwei dieser Komponenten sind – und zukünftige Gaia-Datenveröffentlichungen könnten mehr enthüllen.

Khyati und Hans-Walter erstellten außerdem eine dynamische Karte anderer bekannter Komponenten, die bei der Entstehung unserer Galaxie eine Rolle gespielt haben und mithilfe von Gaia-Daten entdeckt wurden. Dazu gehören Gaia-Sausage-Enceladus, LMS1/Wukong, Arjuna/Sequoia/I’itoi und Pontus. Diese Sterngruppen sind alle Teil des komplexen Stammbaums der Milchstraße, an dessen Aufbau Gaia im letzten Jahrzehnt gearbeitet hat.

„Mehr über die Anfänge unserer Galaxie zu enthüllen, ist eines von Gaias Zielen, und es wird es auf jeden Fall erreichen“, sagt Timo Prusti, Projektwissenschaftler für Gaia bei der ESA. „Wir müssen die subtilen, aber entscheidenden Unterschiede zwischen den Sternen in der Milchstraße genau bestimmen, um zu verstehen, wie unsere Galaxie entstanden und sich entwickelt hat.

„Dafür sind unglaublich präzise Daten erforderlich – und jetzt, dank Gaia, verfügen wir über diese Daten. Während wir überraschende Teile unserer Galaxie wie die Shiva- und Shakti-Ströme entdecken, füllen wir die Lücken und zeichnen ein umfassenderes Bild nicht nur unserer Strömung.“ Heimat, sondern unsere früheste kosmische Geschichte.