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Galaxienentwicklung

Der alte Halo der Milchstraße

Künstlerische Aufsicht der Milchstraße

Unsere Heimatgalaxie, die Milchstraße, hat eine vielschichtige Persönlichkeit. Der Großteil ihrer leuchtenden Sterne befindet sich in einer flachen, von Spiralarmen strukturierten Scheibe. Doch auch abseits davon umlaufen Sterne das galaktische Zentrum, dicht gedrängt in den Kugelsternhaufen und weit verstreut in einem kugelförmigen Halo aus alten Sternen. Um die Entstehung unserer Galaxis zu verstehen, erfassen Astronomen das Alter dieser Sterngruppen möglichst genau. Mit Hilfe einiger Weißer Zwerge gelang dies nun erstmals bei den Halosternen. Diese entstanden demnach vor 11,4 Milliarden Jahren fast gleichzeitig mit den jüngsten Kugelsternhaufen.

Halo der Milchstraße
Halo der Milchstraße | Der Hauptteil der Sterne unserer Heimatgalaxie, der Milchstraße, befinden sich in der Scheibe (thin disc), in der auch unsere Sonne um das galaktische Zentrum kreist. Ältere Sterne befinden sich im kugelförmigen Halo, der in einen inneren (inner halo) und einen äußeren (outer halo) Halo gegliedert ist.

Jason Kalirai, Astronom am Space Telescope Science Institute im US-amerikanischen Baltimore, nutzte das wie ein Uhrwerk ablaufende Leben massearmer Sterne. Wie unser Heimatstern in ferner Zukunft blähen sich diese im Lauf der Zeit zu Roten Riesen auf, um dann mit dem Verlöschen der Kernfusion als Weißer Zwerg zu enden. Dieses Überbleibsel ist der anfangs sehr heiße Kern des Riesensterns, der dann im Verlauf von einigen Milliarden Jahren fast vollständig auskühlt.

Je masseärmer der Stern anfänglich war, desto länger dauert die Verwandlung zum Weißen Zwerg und umso leichter ist der entstehende Sternenrest. Die hellsten – weil heißesten – Weißen Zwerge sind erst kürzlich entstanden; kennt man ihre heutige Masse, so lässt sich zurückrechnen, wann ihre Vorgängersterne entstanden.

Anhand von archivierten Messdaten 2000 Weißer Zwerge im Kugelsternhaufen Messier 4 emittelte Kalirai eine mathematische Beziehung zwischen Geburtsdatum und heutiger Masse. Dazu untersuchte er Absorptionslinien des Wasserstoffs im Licht der Weißen Zwerge und verglich diese mit theoretischen Modellen, die von der Masse, Temperatur und Oberflächenschwerkraft der Sternreste abhängen. Die jüngsten in Messier 4 haben demnach eine Masse von 0,529 Sonnenmassen und entstanden aus Sternen von ursprünglich 0,802 Sonnenmassen vor 12,5 Milliarden Jahren. Diese Kennzahlen stimmten sehr gut mit früheren Untersuchungen des Kugelsternhaufens überein.

Junger Weißer Zwerg
Junger Weißer Zwerg | Weiße Zwerge sind Sternenleichen. Sie sind nicht mehr in der Lage, Energie zu produzieren, und gerade eben so groß wie die Erde. Trotz ihres Namens kommen sie in unterschiedlichen Farben vor. Mit der Zeit wandert ein Weißer Zwerg im H-R-Diagramm nach rechts – bis er kaum noch zu sehen ist.

Nach dieser Nagelprobe wandte sich Kalirai dem Halo unserer Galaxis zu. Aus rund 400 Weißen Zwergen einer neuen Durchmusterung wählte er vier aus, die erst vor Kurzem entstanden und ihrer Bewegung nach zu den Halosternen gehören. Mit der an Messier 4 geprüften Methode bestimmte der Astronom auch hier die Masse der Weißen Zwerge. Im Durchschnitt entsprach diese 0,551 Sonnenmassen, rund 0,02 Sonnenmassen oder vier Prozent mehr als bei den Sternresten in Messier 4. Demnach entstanden ihre Vorgängersterne mit einer Masse von 0,825 Sonnenmassen vor 11,4 Milliarden Jahren und damit – astronomisch gesprochen – kurz nach den Kugelsternhaufen, welche die ältesten Objekte unserer Milchstraße sind.

Der galaktische Halo ist für Astronomen ein kosmischer Tatort, an dem sich die turbulente Vergangenheit der Milchstraße rekonstruieren lässt. Neue Computersimulationen zeigen, dass der Halo möglicherweise zwei verschiedene Ursprünge hat: Der äußere Teil entstand offenbar aus Sternen von Zwerggalaxien, welche die Milchstraße im Laufe der Zeit verschlang. Der innere hingegen wurde vermutlich vor Ort gebildet. Die von Kalirai untersuchten Weißen Zwerge stammen aus der inneren Gruppe, ihr Alter stimmt mit den Computersimulationen überein. Der Forscher wagt sogar eine Prognose für Weiße Zwerge im äußeren Halo: Zukünftige Durchmusterungen sollen junge Sternreste aufspüren, die Massen von gerade einmal 0,51 Sonnenmassen haben. Sie wären dann gemeinsam mit den alten Kugelsternhaufen vor 13,5 Milliarden Jahren entstanden.

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