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Astronomen nutzten das Gaia-Weltraumteleskop, um einige der frühesten Bausteine der Milchstraße zu beobachten: zwei uralte Sternströme namens Shakti und Shiva, die vor mehr als 12 Milliarden Jahren zum Wachstum und zur Entwicklung unserer Galaxie beitrugen.
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 gesamten 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 entdecken können“, sagte der Hauptautor der Studie, Dr. Khyati Malhan, ein Postdoktorand und Humboldt-Forscher an der Universität Stockholm in Schweden, in einer Erklärung. „Die Milchstraße hat sich seit der Geburt dieser Sterne so sehr verändert, dass wir nicht erwartet hätten, sie so deutlich als Gruppe zu erkennen – aber die beispiellosen Daten, die wir von Gaia erhalten, haben dies möglich gemacht.“
Die Beobachtung der Sternwunder von Shakti und Shiva könnte Astronomen helfen, die Geheimnisse der frühen Tage der Milchstraße und der Entwicklung von Galaxien gleicher Masse im Kosmos zu entschlüsseln, sagen Forscher.
‘Die ersten Phasen des Wachstums unserer Galaxie
Das 2013 von der Europäischen Weltraumorganisation gestartete Weltraumteleskop Gaia begann im darauffolgenden Jahr mit der Beobachtung des Universums. Astronomen haben Beobachtungen von Gaia genutzt, um bisher unbekannte Strukturen in der Milchstraße zu entdecken und so die Geschichte der Galaxie zu verstehen. Der Teleskopdatensatz lieferte den Astronomen auch die Positionen, Entfernungen und Bewegungen des Teleskops fast 2 Milliarden Sterne in der Galaxie.
Im Jahr 2022 nutzten der Co-Autor der Studie, Hans-Walter Rix, und seine Kollegen Gaia, um in das Herz der Milchstraße zu blicken, und entdeckten bei ihren „archäologischen“ 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 von den anderen abzuheben schienen.
Die Vermessungsdaten enthielten Details über die chemische Zusammensetzung der Sterne.
„Wir haben beobachtet, dass sich die Sterne einer bestimmten Reihe metallarmer Sterne um zwei spezifische Kombinationen von Energie und Drehimpuls gruppieren“, sagte Malhan.
Shakti und Shiva liegen in der Nähe des Herzens der Milchstraße, und jeder Strom umfasst schätzungsweise eine 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 den beiden Strömen wahrscheinlich um Fäden einer externen Quelle handelte, die sich miteinander verflochten und Teil der Milchstraße wurden.
Forscher haben die Entdeckung von Shiva und Shakti mit der Entdeckung der ersten Spuren einer antiken Siedlung verglichen, aus der sich schließlich eine große moderne Stadt entwickelte.
„Die Sterne dort sind so alt, dass ihnen viele der schwereren metallischen Elemente fehlen, die später im Leben des Universums entstehen.“ Diese Schwermetalle werden in Sternen geschmiedet und nach ihrem Tod im Weltraum verstreut. „Die Sterne im Herzen unserer Galaxie sind arm an Metallen, weshalb wir diese Region das ‚arme alte Herz‘ der Milchstraße nennen“, sagte Rix, Direktor der Abteilung Galaxien und Kosmologie am Max-Institut für Astronomie Planck in Deutschland, in einer Pressemitteilung.
„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 relativ alt erscheinen, aber weiter entfernt liegen. Dies bedeutet die ersten Phasen des Wachstums unserer Galaxie zu ihrer heutigen Größe.
Auf den Spuren der galaktischen Entwicklung
Die Milchstraße begann klein und wuchs durch die Verschmelzung mit anderen Galaxien, wobei sie sowohl Sterne als auch Wasserstoff gewann, um weitere Sterne zu bilden. Jede Galaxie enthält Wasserstoffgas, das die Geburt von Sternen erleichtert. 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 bildeten die moderne Spiralstruktur der heutigen Galaxie.
Gaia hat Astronomen bereits dabei geholfen, festzustellen, wann die Milchstraße in der Vergangenheit verschiedene Verschmelzungsereignisse erlebt hat, und zukünftige Beobachtungen könnten weitere Informationen liefern.
„Mehr über die Anfänge unserer Galaxie zu enthüllen, ist eines der Ziele von Gaia, und es ist sicherlich ein erreichtes Ziel“, sagte Timo Prusti, Gaia-Projektwissenschaftler bei der Europäischen Weltraumorganisation, der nicht an der Studie beteiligt war.
„Wir müssen die subtilen, aber entscheidenden Unterschiede zwischen den Sternen in der Milchstraße identifizieren, um zu verstehen, wie unsere Galaxie entstand und sich entwickelte. Dafür sind unglaublich präzise Daten erforderlich – und dank Gaia verfügen wir jetzt über diese Daten. Wenn wir überraschende Teile unserer Galaxie entdecken, wie die Shiva- und Shakti-Ströme, füllen wir die Lücken und zeichnen ein vollständigeres Bild nicht nur unserer aktuellen Heimat, sondern auch unserer frühen kosmischen Geschichte.
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