Ist die Milchstraße normal?

Die Untersuchung der großräumigen Struktur unserer Galaxie ist nicht einfach. Wir haben keine klare Sicht auf die Form und die Merkmale der Milchstraße wie bei anderen Galaxien, vor allem, weil wir in ihr leben. Aber wir haben einige Vorteile. Von dort aus können wir die Sternpopulation der Milchstraße und ihre chemische Zusammensetzung aus nächster Nähe untersuchen. Das gibt Forschern die Werkzeuge an die Hand, die sie brauchen, um unsere eigene Galaxie mit den vielen Millionen anderen im Universum zu vergleichen.

Diese Woche veröffentlichte ein internationales Team von Forschern aus den USA, Großbritannien und Chile ein Papier, das genau das tut. Sie gruben sich durch einen Katalog von zehntausend Galaxien, der vom Sloan Digital Sky Survey erstellt wurde, und suchten nach Galaxien mit ähnlichen Eigenschaften wie unserer eigenen.

Sie entdeckten, dass die Milchstraße Zwillinge hat – viele von ihnen – aber ebenso viele, die nur oberflächlich ähnlich sind, wobei grundlegende Unterschiede in den Daten verborgen sind. Was sie entdeckten, hat Auswirkungen auf die zukünftige Entwicklung unserer eigenen Galaxie.

Die Daten durchwühlen

Zu Beginn ihrer Suche grenzten die Forscher ihre Stichprobengröße ein, indem sie nur diejenigen Galaxien auswählten, die in drei großen Kategorien mit dem übereinstimmten, was wir über die Milchstraße wissen. Zuerst filterten sie nach Galaxien mit einer ähnlichen Gesamtmasse wie die der Milchstraße. Zweitens schlossen sie Galaxien mit einem stark unterschiedlichen „Bulge-to-Total-Verhältnis“ aus (die Größe der Galaxie im Vergleich zu ihrem hellen zentralen Kern). Schließlich wählten sie nur Galaxien mit einem ähnlichen Hubble-Typ aus, einem Klassifizierungssystem, das Galaxien nach ihrer Form gruppiert.

Einige Galaxien, wie unsere eigene, sind spiralförmig, während andere, normalerweise ältere, eher wie Fuzzy Blobs geformt sind und als elliptische Galaxien bekannt sind. Innerhalb des Hubble-Klassifikationssystems sind andere Verfeinerungen möglich, darunter zum Beispiel balkenförmige Zentren einiger Spiralen, aber die Idee war, die Klassifikationen zu verwenden, um grobe Annäherungen an die Milchstraße zu finden, von denen aus die detailliertere Arbeit beginnen könnte.

Am Ende dieses Prozesses blieben dem Team 138 Galaxien, die unserer eigenen oberflächlich ähnlich waren. Von dort aus könnten sie in die Details eintauchen, um zu sehen, wie nahe unsere galaktischen Cousins ​​uns wirklich sind.

Sie fügten die Daten in ein Modell ein, das die Sternentstehung vorhersagt, und berücksichtigten, wie Sternwinde überschüssiges Gas von Sternensystemen wegblasen, das in Richtung des Zentrums von Galaxien gezogen werden kann. Das Modell berücksichtigte auch die chemische Zusammensetzung und Metallizität von Materialien in verschiedenen Regionen der Galaxien.

Was haben sie also gefunden?

Es stellt sich heraus, dass es da draußen tatsächlich Galaxien gibt, die unserer sehr ähnlich sehen. 56 der 138 Galaxien in der Stichprobe waren am Ende eine enge Übereinstimmung mit der Heimat.

Was diese milchstraßenähnlichen Galaxien auszeichnet, ist, dass sie eine lange Zeitskala haben, in der die Sternentstehung in ihren äußeren Regionen stattfindet und auf gemächliche Weise stetig neue Sterne hervorbringt. Die innere Region hingegen erlebt früh in der Geschichte der Galaxie eine dramatische Periode intensiver Sternentstehung, die durch einen Gasstrom angetrieben wird, der von der äußeren Region nach innen in Richtung Zentrum gezogen wird. Später trat eine viel langsamere Phase der Sternentstehung im Kern auf, die auf recyceltem Gas beruhte, das von älteren Sternen in der äußeren Region abgeblasen wurde. Diese neuen Sterne aus recyceltem Material haben ein höheres Maß an Metallizität, wobei schwerere Elemente in sie eingepfropft wurden, die in der ersten Sternengeneration fehlten. Wir sehen dieses Muster auch hier zu Hause in unserer eigenen Galaxie.

Aber das gilt nicht für alle 138 untersuchten Galaxien. Ein erheblicher Teil der Galaxien, die auf den ersten Blick ähnlich wie die Milchstraße aussahen, sahen bei näherer Betrachtung ganz anders aus. Diese fallen in zwei Kategorien.

Die erste Kategorie (bestehend aus 55 der 138 Galaxien) sind Galaxien, die scheinbar überhaupt keine Unterscheidung zwischen ihren inneren und äußeren Regionen haben. Diese Galaxien erleben eine gleichmäßige Sternentstehung in einem langen, langsamen, ausgedehnten Prozess ohne den wilden Ausbruch im Kern. In diesen Galaxien erscheinen die Sterne sowohl in den inneren als auch in den äußeren Regionen identisch.

Die zweite Kategorie besteht unterdessen aus sogenannten „zentral gelöschten“ Galaxien (27 von 138), und dies sind vielleicht die seltsamsten der Gruppe. Diese Ausreißer scheinen in ihren Kernen keine signifikante Periode der jüngsten Sternentstehung aus recyceltem Material zu haben, was bedeutet, dass der radiale Gaseinstrom aus den äußeren Regionen, den wir in der Milchstraße sehen, in diesen Galaxien nicht auftritt.

Ein beständiges Merkmal dieser zentral gelöschten Galaxien ist, dass sie in der Regel den größten Teil ihrer Sternentstehung in der Vergangenheit abgeschlossen zu haben scheinen, was darauf hindeutet, dass sie möglicherweise älter sind als die Milchstraße.

Wenn das stimmt, blicken wir vielleicht auf die eigene Zukunft der Milchstraße. Auch unsere Galaxie könnte eines Tages ein gelöschtes Zentrum haben, und diese Galaxien stellen daher eine Vorschau auf die nächste Stufe der galaktischen Evolution dar.

„Vielleicht sind diese Galaxien die evolutionären Nachfolger der Milchstraße, die in ihrem Leben weiter fortgeschritten sind“, schreiben die Autoren.

Sie bieten auch einige andere mögliche Erklärungen, wie zum Beispiel einen übermäßig aktiven galaktischen Kern, der die Sternentstehung in den inneren Regionen der Galaxien unterdrücken könnte.

Es gibt noch viel zu lernen, aber diese Studie bietet viele neue Möglichkeiten zum Kauen, wenn es um die galaktische Evolution geht. Grundsätzlich zeigt es, dass wir nicht ganz einzigartig sind. Es gibt eine enorme Vielfalt an Galaxientypen im Universum, aber zumindest einige von ihnen spielen nach den gleichen Regeln wie die Milchstraße, und viele befinden sich in derselben Lebensphase. Das Studium dieser Doppelgänger kann uns helfen, mehr über unser eigenes Zuhause zu erfahren, und uns das Nächstbeste geben, um unsere Galaxie vor einen Spiegel zu halten und uns unser Spiegelbild zu zeigen.

Das Paper „Are Milky-Way-like galaxies like the Milky Way? A view from SDSS-IV/MaNGA“ ist im Preprint-Format auf verfügbar arXiv.