Von innen nach außen

  • 27. April 2015

Sternpopulationen gleichen Alters weiten sich durch Gala­xien­kolli­sionen und formen so all­mäh­lich die dicke Scheibe.

Ein Team von Astronomen unter der Leitung von Ivan Minchev vom Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam hat mithilfe hochmoderner theoretischer Modelle das Rätsel um die Entwicklung der Galaxienscheiben gelöst. Wie die jetzt veröffentlichte Studie zeigt, weiten sich Sternpopulationen gleichen Alters durch Galaxienkollisionen nach außen hin aus. Ähnlich wie die Blütenblätter einer Rose reichern sich diese Populationen schichtweise in der Galaxie an und formen so allmählich die dicke Scheibe.

Die farbigen Linien zeigen das Alter der ausgeweiteten Scheibenkomponenten unterschiedlicher Sterngenerationen in der der Milchstraße ähnlichen Galaxie NGC 891. Zusammengenommen ergeben sie eine Scheibe mit konstanter Dicke, markiert durch die weißen Linien. (Bild: A. Block, UA / I. Minchev, AIP)

Abb.: Die farbigen Linien zeigen das Alter der ausgeweiteten Scheibenkomponenten unterschiedlicher Sterngenerationen in der der Milchstraße ähnlichen Galaxie NGC 891. Zusammengenommen ergeben sie eine Scheibe mit konstanter Dicke, markiert durch die weißen Linien. (Bild: A. Block, UA / I. Minchev, AIP)

„Wir können nun zum ersten Mal zeigen, dass dicke Scheiben nicht nur aus alten Sterngenerationen bestehen, sondern – in einem größeren Abstand zum Galaxienzentrum – auch junge Sterne enthalten,“ erklärt Minchev. „Die Verteilung in den Außenregionen, die wir für Sterne gleichen Alters sehen, wird durch ein Bombardement von kleineren Satellitengalaxien verursacht. Diese schlagen vorwiegend in den äußeren Bereichen Sterne aus der Scheibenebene heraus, so dass die Scheibe insgesamt nach außen ausgeweitet erscheint.“

Um zu dieser Erkenntnis zu gelangen führten die Astronomen numerische Simulationen auf leistungsfähigen Computern durch und untersuchten die Struktur simulierter Galaxien. Dazu betrachteten die Wissenschaftler Sterne gleichen Alters und verglichen ihre Verteilung. Dabei zeigte sich, dass jede Sternengeneration in der Tat eine sich nach außen öffnende Struktur, ähnlich der Öffnung einer Trompete, bildet. Verursacht wird diese Strukturbildung durch Kollisionen mit kleineren Galaxien. Da die ältesten Sterne in den inneren Regionen von Galaxien entstehen, findet die Ausweitung für sie näher am Zentrum statt, während der Effekt sich für jüngere Sterne eher in äußere galaktische Regionen verlagert. In der Beobachtung erscheinen die ineinander geschachtelten Ausdehnungen aller Sterngenerationen dann als dicke galaktische Scheibe.

Galaxien können über ihre Sterne in zwei Komponenten unterteilt werden: in eine dünne Scheibe, die von einer dickeren Scheibe umhüllt wird. Bisher herrschte die Überzeugung vor, dass die Sterne in der dicken Scheibe die ältesten sind. Beobachtungen der Milchstraße zeigen jedoch auch ältere Sterne näher am Zentrum und junge Sterne in den äußeren Regionen. Wissenschaftler stimmen überein, dass diese Zusammensetzung auf ein Entstehungs-Szenario zurückgeht, bei dem in der Milchstraße Sterne zuerst im Zentrum und später in den äußeren Regionen entstanden Ähnlich wie auch Städte radial nach außen wachsen: beginnend von einem mittelalterlichen Stadtkern hin zu modernen Vororten.

Die genaue Erfassung der Struktur der Milchstraße ist schwierig, da unser Sonnensystem sich in der Scheibenebene befindet, ungefähr auf halber Strecke vom Zentrum. Um dieser eingeschränkten Perspektive Rechnung zu tragen leiten Astronomen ihre Modelle basierend auf Sternen in unserer Umgebung ab. Nichtsdestotrotz: wenn die Milchstraße ähnlich wie andere Galaxien ist und ihre dicke Scheibe nur aus alten zentral konzentrierten Sternen aufgebaut ist, wäre die dicke Scheibe kürzer als ihre dünne. Allerdings beobachten wir in anderen Galaxien dicke Scheiben, die genauso ausgedehnt sind wie die Galaxien selbst. Minchevs Ergebnisse lösen diesen Widerspruch.

„Zum ersten Mal verstehen wir den Ursprung der dünnen und dicken Scheibenstruktur und wie sich Galaxien wie unsere Milchstraße bilden“, schließt Ivan Minchev. „Unsere Vorhersagen werden bald mit Daten der Gaia-Mission und hoch präzisen Instrumenten getestet, wie MUSE am Very Large Telescope.“

AIP / OD

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