Auf der anderen Seite der Milchstraße

Center of the Milky Way Galaxy IV; Foto: NASA; Credit: NASA/JPL-Caltech/ESA/CXC/STScI; gemeinfrei

Die Position der Erde erschwert es, ein komplettes Bild unserer Heimatgalaxis anzufertigen. Doch auch der Kern der Milchstraße bildet einen undurchsichtigen Vorhang. Wie können wir auf die andere Seite sehen?

Der milchig-helle Streifen, der sich über den gesamten Nachthimmel erstreckt, hat schon unsere Urahnen fasziniert. Die Griechen stellten ihn sich als gar als Milchstrahl aus der Brust der Göttin Hera vor, der den Mund des von ihrem Gatten Zeus unehelich gezeugten Sohns Herakles verfehlte. Erst Galileo Galilei konnte mit Hilfe eines Fernrohrs feststellen, dass die Milchstraße eigentlich aus unzähligen Sternen besteht.

Bis der Mensch auch ein konkretes Bild vom Aufbau unserer Heimatgalaxis hatte, verging trotzdem noch einige Zeit. Das liegt unter anderem daran, dass die Betrachterposition von außen fehlt. Die Struktur unserer Schwestergalaxis Andromeda ist uns einfacher zugänglich als der Aufbau der Milchstraße. Die Kenntnis ferner Galaxien half allerdings dabei, Rückschlüsse auf die Milchstraße zu ziehen. So wissen die Astronomen inzwischen doch einiges darüber zu sagen.

Grundsätzlich handelt es sich demnach um eine Balkenspiralgalaxis mit einer (in der Aufsicht) balkenförmigen, rund 27.000 Lichtjahre langen Struktur in der Mitte, deren Enden sich in jeweils einen Spiralarm verwandeln. In der Seitenansicht würde man eine etwa 3.000 Lichtjahre dicke Scheibe mit einer zentralen Ausbuchtung erkennen. Insgesamt ist die Milchstraße von 100 bis 300 Milliarden Sternen bevölkert, die relativ gleich verteilt sind. Das heißt, auch die scheinbar leeren Bereiche unter den Achseln der Spiralarme sind von Sternen erfüllt - nur sind diese größtenteils leuchtschwach.

Center of the Milky Way Galaxy; Spitzer-Telescop. Foto: NASA; Credit: NASA/JPL-Caltech/ESA/CXC/STScI; gemeinfrei

Die Sonne befindet sich etwa 15.000 Lichtjahre nördlich der Symmetrieachse der Galaxis beziehungsweise etwa 25.000 Lichtjahre entfernt von ihrem Kern im Orionarm. Dieser gehört zu den sekundären Spiralarmen zwischen Perseus-Arm und Scutum-Centaurus-Arm. Bei genauerer Betrachtung findet man hier eine etwa 2.000 Lichtjahre große, elliptische Häufung von jungen Sternen und Sternentstehungsgebieten, sie wird Gouldscher Gürtel genannt.

Mitten darin wiederum hat eine Supernova eine einige Hundert Lichtjahre große, sanduhrförmige und besonders materiearme Blase im interstellaren Medium verursacht. Und darin schwebt schließlich die etwa 30 Lichtjahre große Lokale Flocke, die die Sonne seit 100.000 Jahren durchwandert.

Die Milchstraße von außen gesehen. Rechts die Sonne und einige der dem Sonnensystem vergleichsweise nahen Cepheiden, links die Vergleichsobjekte auf der anderen Seite des Kerns; Bild: R. M. Catchpole (IoA Cambridge) und NASA/JPL-Caltech)

Umgeben ist die Milchstraße vom sogenannten Halo. Dabei handelt es sich um eine annähernd kugelförmige Struktur, die neben zahlreichen Kugelsternhaufen vor allem sehr alte Sterne und große Mengen Dunkler Materie mit bis zu einer Billion Sonnenmassen enthält. Das Halo ist weitgehend staubfrei - anders als die inneren Bereiche der Milchstraße.

Dieser Staub ist auch das Problem Nummer 2, das die Beobachtung unserer Heimatgalaxis erschwert. Gerade zum Kern hin wird er so dicht, dass es eine faktische Beobachtungslücke gibt. Alles, was sich aus der Erdperspektive hinter diesem Vorhang befindet, ist für Teleskope unzugänglich.

Theoretisch könnte sich also alles mögliche dahinter verbergen. Praktisch gehen die Forscher nicht davon aus, dass sich die Struktur der Milchstraße danach richtet, welchen Ausschnitt der Mensch davon im Blick hat und welchen nicht. Trotzdem sind die Astronomen neugierig, hinter den Vorhang blicken zu können. Messungen der Verteilung von Wasserstoff haben nämlich ergeben, dass sich die Milchstraßen-Scheibe in ihren äußeren Bereichen eventuell verdickt, statt wie angenommen schmaler zu werden. Diese Verdickung könnte sich rein aus interstellare Materie beziehen - sie könnte aber auch die Sternenpopulation mit einbeziehen.

Dazu müssen die Forscher einzelne Sterne und ihre Entfernungen genau identifizieren können. In einem Paper in Nature beschreiben Astronomen nun, wie ihnen das tatsächlich gelungen ist. Die Forscher setzen dabei auf die sogenannten Cepheiden. Das sind relativ junge, noch instabile Sterne mit vier bis zehn Sonnenmassen.

Infrarotbild des Cepheiden OGLE-BLG-CEP-32 mit Nachbarsternen (links); auf der rechten Seite das Lichtspektrum, aufgenommen vom South African Large Telescope; Bild: Whitelock et al

Sie verändern ihre Leuchtkraft relativ schnell. Vor allem aber kennt man den Zusammenhang zwischen der Schnelligkeit dieser Veränderung und der absoluten Leuchtkraft selbst. Und wenn man die absolute Leuchtkraft bestimmt hat, lässt sich daraus recht einfach und zugleich genau die Entfernung des Cepheiden berechnen.

In ihrem Paper zeigen die Astronomen, wie sie fünf solcher klassischen Cepheiden identifizieren konnten. Das Interessante dabei: die Sterne befinden sich in solchen Positionen, dass sie sehr wohl Teil der äußeren Verdickung der Milchstraßen-Scheibe sein könnten. Fünf Vertreter reichen zwar noch nicht als Beweis, sind aber zumindest ein gutes Indiz für diese Theorie.

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