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Astronomen haben mit dem Gaia-Weltraumteleskop einige der ersten Bausteine der Milchstraße entdeckt: zwei uralte Sternströme namens Shakti und Shiva, die vor mehr als 12 Milliarden Jahren zum Wachstum und zur Entwicklung unserer Heimatgalaxie beigetragen haben.
Die nach hinduistischen Gottheiten benannten Sternenströme scheinen die Überreste zweier Galaxien zu sein, die vor 12 bis 13 Milliarden Jahren mit einer frühen Version der Milchstraße verschmolzen, als sich im Kosmos die ersten Galaxien bildeten. Die Strukturen sind so alt, dass sie lange vor den ältesten Teilen der ikonischen Spiralarme und der zentralen Scheibe der Milchstraße entstanden sind.
Eine Studie, die die Beobachtungen detailliert beschreibt, erschien am Donnerstag im Astrophysical Journal.
„Was wirklich erstaunlich ist, ist, dass wir diese alten Strukturen überhaupt entdecken können“, sagte der leitende Studienautor Dr. Khyati Malhan, Postdoktorand und Humboldt-Forschungsstipendiat an der Universität Stockholm in Schweden, in einer Erklärung. „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.“
Die Beobachtung der Sternwunder von Shakti und Shiva könnte Astronomen helfen, die Geheimnisse der frühesten Tage der Milchstraße und der Entwicklung ähnlich massereicher Galaxien im gesamten Kosmos zu entschlüsseln, so die Forscher.
Das 2013 von der Europäischen Weltraumorganisation gestartete Weltraumteleskop Gaia begann im darauffolgenden Jahr mit der Beobachtung des Universums. Astronomen haben Gaias Beobachtungen genutzt, um bisher unbekannte Strukturen in der Milchstraße zu entdecken und so die Geschichte der Galaxie zu verstehen. Der Datensatz des Teleskops hat den Astronomen auch die Positionen, Entfernungen und Bewegungen geliefert fast 2 Milliarden Sterne in der Galaxie.
Im Jahr 2022 nutzten Studienkoautor Hans-Walter Rix und seine Kollegen Gaia, um in das Herz der Milchstraße zu blicken, und entdeckten bei ihren „galaktischen Archäologie“-Beobachtungen die ältesten Sterne, die jemals in der Galaxie gefunden wurden. Eine Analyse der Daten von fast 6 Millionen Sternen, die von Gaia und dem Sloan Digital Sky Survey beobachtet wurden, ergab zwei Streams, die sich offenbar von den anderen abheben.
Die Vermessungsdaten enthielten Details über die chemische Zusammensetzung der Sterne.
„Wir haben beobachtet, dass bei einem bestimmten Bereich metallarmer Sterne die Sterne um zwei spezifische Kombinationen von Energie und Drehimpuls herum gedrängt waren“, sagte Malhan.
Shakti und Shiva befinden sich in der Nähe des Herzens der Milchstraße und jeder Strom umfasst schätzungsweise die Masse von etwa 10 Millionen Sonnen. Hier sind die alten Sterne alle in Alter, Umlaufbahn und Zusammensetzung ähnlich, was den Astronomen dabei half, festzustellen, dass es sich bei beiden Strömen wahrscheinlich um Fäden einer externen Quelle handelte, die sich miteinander verwoben und Teil der Milchstraße wurden.
Die Forscher verglichen die Entdeckung von Shiva und Shakti mit der Entdeckung der ersten Spuren einer antiken Siedlung, die sich schließlich zu einer großen, modernen Stadt entwickelte.
„Die Sterne dort sind so alt, dass ihnen viele der schwereren Metallelemente fehlen, die später im Leben des Universums entstanden sind. Diese Schwermetalle werden in Sternen geschmiedet und nach ihrem Tod im Weltraum verteilt. „Die Sterne im Herzen unserer Galaxie sind metallarm, deshalb haben wir diese Region das ‚arme alte Herz‘ der Milchstraße genannt“, sagte Rix, Direktor der Abteilung für Galaxien und Kosmologie des Max-Planck-Instituts für Astronomie in Deutschland, in einer Erklärung.
„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 wirken, aber weiter draußen angesiedelt sind. Dies bedeuten die ersten Schritte des Wachstums unserer Galaxie hin zu ihrer heutigen Größe.“
Die Milchstraße begann klein und wurde größer, als sie mit anderen Galaxien verschmolz, wobei sie sowohl Sterne als auch Wasserstoff gewann, um weitere Sterne zu bilden. Jede Galaxie verfügt über Wasserstoffgas, das bei der Geburt von Sternen hilft. Wenn Galaxien verschmelzen und kollidieren, werden ihre Wasserstoffgaswolken zerstört, was zu einer hektischen Sternentstehung führen kann.
Im Laufe der Zeit verschmolzen die langen Gas- und Staubfilamente der Milchstraße und führten zur modernen Spiralstruktur der heutigen Galaxie.
Gaia hat Astronomen bereits dabei geholfen, festzustellen, wann es in der Vergangenheit zu verschiedenen Verschmelzungsereignissen in der Milchstraße kam, und zukünftige Beobachtungen könnten weitere Erkenntnisse liefern.
„Mehr über die Anfänge unserer Galaxie zu enthüllen, ist eines von Gaias Zielen, und es wird es auf jeden Fall erreichen“, sagte Timo Prusti, Projektwissenschaftler für Gaia bei der Europäischen Weltraumorganisation, der nicht an der Studie beteiligt war.
„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 dank Gaia verfügen wir jetzt 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 aktuellen Heimat, sondern auch unserer frühesten kosmischen Geschichte.“