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Vermessung der Milchstraße : Galaxis auf der Waage

  • -Aktualisiert am

Computermodell unserer Milchstraße, betrachtet aus einer Entfernung von mehr als 10.000 Lichtjahren. Der helle Bereich ist das galaktische Zentrum, die Geburtsstätte neuer Sterne. Bild: ESO/NASA/JPL-Caltech/M. Kornmess

Wie massereich ist die Milchstraße? Eine Frage, die nur indirekt beantwortet werden kann - mit Hilfe von dichten Sternströmen im Schlepptau von Kugelsternhaufen, die um das galaktische Zentrum kreisen.

          Obwohl unser Sonnensystem ein Teil der Milchstraße ist, sind elementare Eigenschaften unserer Galaxis wie Größe und Masse nicht genau bekannt. Die Schätzungen der Astronomen differieren bisweilen um 100 Prozent. Der Grund ist die besondere Lage unserer Sonne - sie befindet sich wie die meisten der rund 100 Milliarden Sterne innerhalb der galaktischen Scheibe -, was die Vermessung der Milchstraße erheblich erschwert. Es fehlt gewissermaßen der Blick von außen. Eine internationale Astronomengruppe hat nun einen Weg gefunden, wie sich die Masse der Galaxis recht genau bestimmen lässt. Sie nutzen den Kugelsternhaufen Palomar 5 und die auf ihn wirkende Gezeitenkräfte.

          Der kugelförmige Sternhaufen Palomar 5 wurde vor 65 Jahren von dem aus Ostwestfalen-Lippe stammenden Astronomen Walter Baade im Sternbild Schlange in einer Entfernung von 75.700 Lichtjahren entdeckt. Mit lediglich rund 5000 Sonnenmassen zählt er zu den masseärmsten Kugelsternhaufen der Milchstraße. Viele andere der rund 150 bekannten galaktischen Kugelsternhaufen, die unsere Milchstraße auf zum Teil extrem elliptischen Bahnen umrunden, enthalten dagegen mehrere hunderttausend Sterne.

          Im Griff kosmischer Gezeitenkräfte

          In den vergangenen Jahren ist deutlich geworden, dass Palomar 5 in der Vergangenheit viele seiner einstigen Sterne verloren haben muss. Bei tiefen Himmelsdurchmusterungen wie dem „Sloan Digital Sky Survey“ fanden die Astronomen zwei ausgedehnte Sternströme mit zahlreichen Sternen, die sich auf recht ähnlichen Bahnen vor und hinter dem Kugelsternhaufen um das Zentrum der Milchstraße bewegen. Solche Sternströme sind die direkte Folge von Gezeitenkräften, denen ein Kugelsternhaufen beim Durchgang durch die Hauptebene der Milchstraße ausgesetzt ist.

          Sternströme im  Gefolge von  Kugelsternhaufen umkreisen die Milchstraße.
Gekennzeichnet ist die Position unserer Sonne.

          Durch eine sorgfältige Modellierung dieser von Palomar 5 ausgehenden Sternströme haben die Astronomen unter Leitung von Andreas Küpper - derzeit als Hubble-Fellow an der Columbia University in New York tätig - die Quelle dieser Gezeitenkräfte, also das Gravitationsfeld der Milchstraße, neu vermessen. Dazu wurden rund zehn Millionen theoretische Sternströme berechnet und mit der Sternverteilung verglichen, die man innerhalb der Palomar-5-Gezeitenströme tatsächlich beobachtet.

          Es geht noch genauer

          Wie Küpper und seine Kollegen im „Astrophysical Journal“ berichten, stimmen die Modelle mit der realen Verteilung der Sterne am besten überein, wenn man für die Gesamtmasse der Milchstraße innerhalb eines Radius von rund 62 000 Lichtjahren etwa 210 Milliarden Sonnenmassen annimmt. Die Ungenauigkeit beträgt dabei lediglich 20 Prozent. Darin berücksichtigt ist auch der Anteil der dunklen Materie, die sich - auch das ein Ergebnis der Anpassung der Modellrechnungen an die beobachtete Wirklichkeit - nahezu kugelförmig um das Zentrum der Milchstraße anordnet.

          Die gewonnenen Modellparameter geben übrigens nicht nur die Verteilung der Sterne innerhalb der Palomar-5-Sternströme korrekt wieder, sondern auch andere, unabhängig gemessene Größen. So liefert das Modell für den Abstand der Sonne vom galaktischen Zentrum etwa 27 000 Lichtjahre und für die Umlaufgeschwindigkeit um das galaktische Zentrum rund 250 Kilometer pro Sekunde.

          Die Forscher um Küpper weisen darauf hin, dass ähnliche Analysen von Sternströmen anderer Kugelsternhaufen innerhalb der Galaxis die Genauigkeit der Modellierung noch verbessern werden. Damit ließe sich die Gesamtstruktur des galaktischen Schwerefeldes vielleicht schon bald so präzise bestimmen, dass daraus auch mögliche Ungleichmäßigkeiten in der Verteilung der dunklen Materie ableitbar wären.

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