Wie die Missionen Webb und Gaia eine neue Perspektive auf die Galaxienentstehung eröffnen

In einer Meisterleistung der galaktischen Archäologie nutzen Astronomen immer detailliertere Informationen, um den Ursprung unserer Galaxie zu verfolgen – und um herauszufinden, wie sich andere Galaxien in den frühen Stadien des Universums gebildet haben. Mit leistungsstarken Weltraumteleskopen wie Gaia und James Webb können Astronomen in die Vergangenheit blicken und einige der ältesten Sterne und Galaxien betrachten. Mithilfe von Gaias Daten über die Position und Bewegungen von Sternen in unserer Milchstraße und Webbs Beobachtungen früher Galaxien, die entstanden, als das Universum noch jung war, lernen Astronomen, wie Galaxien zusammenkommen, und haben überraschende Entdeckungen gemacht, die darauf hindeuten, dass das frühe Universum geschäftiger und heller war, als man sich bisher vorgestellt hatte.

Die frühesten Stücke der Milchstraße

In einer aktuellen Veröffentlichung haben Forscher mithilfe des Weltraumteleskops Gaia zwei Sternströme namens Shakti und Shiva identifiziert, die jeweils über eine Gesamtmasse von etwa 10 Millionen Sonnen verfügen und vermutlich vor etwa 12 Milliarden Jahren in die Milchstraße eintauchten.

Diese Ströme gab es schon, bevor die Milchstraße Merkmale wie eine Scheibe oder Spiralarme aufwies, und Forscher sind der Ansicht, dass es sich dabei um einige der frühesten Bausteine ​​der sich entwickelnden Galaxie handeln könnte.

„Es ist sehr interessant, dass wir überhaupt in der Lage sind, solche Strukturen aus so langer Zeit nachzuweisen“, sagte der leitende Forscher Khyati Malhan vom Max-Planck-Institut für Astronomie (MPIA). „Diese sehr massiven Fragmente kamen herein und kollabierten unter ihrer eigenen Gravitationskraft und bildeten im Grunde die Proto-Milchstraße.“

Dies geschah, als das Universum noch jung war und die ersten Galaxien erst vor rund 13 Milliarden Jahren entstanden. Als diese Sterngruppen zusammenkamen und die spätere Milchstraße bildeten, ist es umstritten, ob die Gruppe, der sie sich anschlossen, überhaupt als Galaxie bezeichnet werden konnte. Obwohl es allgemeine Gravitationsanforderungen gibt, damit eine bestimmte Masse von Sternen zusammenhält, gibt es keine genaue Definition, wann eine Sterngruppe wirklich als Beginn einer Galaxie bezeichnet werden kann.

„Wann ist eine Stadt eine Stadt?“, fragte Co-Autor Hans-Walter Rix, ebenfalls vom MPIA. „Deshalb gibt es keine Epoche, in der die Galaxie entstand. Es war ein kontinuierlicher Prozess.“

Die Milchstraße als Testfall

Da es noch so viel über die Entstehung von Galaxien zu lernen gibt, ist es sinnvoll, mit unserer eigenen Milchstraße als Testfall zu beginnen. Die Milchstraße ist „eine ungeheuer durchschnittliche Galaxie“, sagte Rix. Im Vergleich zum Rest des Universums „lebt die Hälfte der Sterne in größeren Galaxien, die andere Hälfte in kleineren Galaxien.“

Was die Milchstraße so nützlich macht, ist, dass wir einen einzigartigen Zugang zu ihr haben und einzelne Sterne darin sehen können. Das bedeutet, dass Forscher große Gruppen von Sternen identifizieren können, die anscheinend gemeinsam entstanden sind und ähnliches Alter und ähnliche Mengen schwererer Elemente aufweisen. Indem sie jede dieser Gruppen untersuchen, können sie nachvollziehen, wie die Galaxie zusammengesetzt wurde.

Sterne dringen auf zwei Arten in Galaxien ein. Bei der ersten Möglichkeit sind große Wolken aus diffusem Gas in einer bestehenden Galaxie vorhanden. Dieses Gas kondensiert, sodass sich darin Sterne bilden. Alternativ können Sterne, die in einer Satellitengalaxie entstehen, in die Hauptgalaxie hineingezogen werden.

Heute beobachten wir die Entstehung von Sternen am häufigsten in Gaswolken. Etwa 90 Prozent der Sterne, die wir heute sehen, sind auf diese Weise entstanden. In früheren Stadien des Universums war die Option der Satellitenakkretion jedoch viel wichtiger. Man geht davon aus, dass die meisten Sterne aus dieser Zeit in Klumpen entstanden sind, die dann in die junge Milchstraße gezogen wurden.

Um die Geschichte der Milchstraße zu verstehen, müssen Astronomen den Ursprung dieser Sterngruppen zurückverfolgen und herausfinden, was sie in die Galaxie gebracht hat, die wir heute kennen. „Eines der großen Ziele ist: Können wir die frühen Akkretionsereignisse rekonstruieren, bei denen diese Teile zusammenkamen?“, sagte Rix.

Mithilfe der Gaia-Daten konnten die Forscher Gruppen von Sternen mit ähnlichen Umlaufbahnen ausmachen, die sich in Richtung des Zentrums der Galaxie befanden. Sie befinden sich etwa auf halbem Weg zwischen der Erde und dem Zentrum der Galaxie und bilden eine dickwandige Torusform, die sich um das Zentrum der Galaxie dreht.

Die Forscher vermuten, dass die beiden von ihnen entdeckten Sternströme zu den letzten Teilen der Milchstraße gehören, die während der Satellitenakkretionsphase absorbiert wurden. Danach übernahm die Sternentstehung innerhalb der Galaxie die Rolle des Hauptantriebs für die Entstehung von Sternen in der Galaxie. „Es sieht so aus, als wären Shakti und Shiva vielleicht das letzte Hurra dieser frühen Phase, als sich hauptsächlich Kleinigkeiten zusammenfügten“, sagte Rix.