Die Vermessung der Milchstraße

Die Vermessung der Milchstraße

Physik-News vom 24.04.2015

Wenn es um die Masse der Milchstraße geht, versagten bisher alle Messmethoden. Abschätzungen des Gewichts unserer Heimatgalaxie schwankten um 400 Prozent.

Die meisten Menschen kennen ihr Körpergewicht exakt bis aufs Kilo und selbst das Gewicht des Kölner Doms kann man auf wenige Prozent genau bestimmen. Wenn es jedoch um die Masse der Milchstraße geht, versagten bisher alle Messmethoden. Abschätzungen des Gewichts unserer Heimatgalaxie schwankten um 400 Prozent. Jetzt hat ein internationales Forscherteam unter Mitarbeit von Wissenschaftlern der Universität Bonn eine Methode entwickelt, die einer Präzisionswaage für unsere Galaxie gleicht. Die Ergebnisse erschienen jetzt im amerikanischen Fachmagazin „The Astrophysical Journal“.


Karte des nördlichen Sternenhimmels angefertigt mit Daten des Sloan Digital Sky Surveys: Palomar 5 ist der hellste der bisher entdeckten Ströme und diente nun als Waage für die Milchstraße.

Publikation:


Küpper, Andreas H. W.; Balbinot, Eduardo; Bonaca, Ana; Johnston, Kathryn V.; Hogg, David W.; Kroupa, Pavel; Santiago, Basilio X.
Globular Cluster Streams as Galactic High-Precision Scales – the Poster Child Palomar 5
The Astrophysical Journal

DOI: 10.1088/0004-637X/803/2/80



Die Milchstraße besteht aus geschätzten 100 Milliarden Sternen, die sich zum größten Teil - wie die Sonne - in der galaktischen Sternenscheibe befinden. Da wir uns mitten in dieser Scheibe befinden, sehen wir unsere Galaxie als Band am Himmel. Diese einzigartige Perspektive erlaubt es Wissenschaftlern, die Milchstraße von Innen zu erforschen. Doch die fehlende Vogelperspektive auf unsere Galaxie macht es andererseits schwer, die Größe der Galaxie zu erfassen oder gar ihr Gewicht zu bestimmen.

Ein internationales Team von Wissenschaftlern unter Federführung des deutschen Astronomen Dr. Andreas Küpper von der Columbia University in New York (USA) entwickelte nun eine Methode, mit der die Milchstraße mit einer unerreichten Präzision vermessen werden kann. In einer Studie machten sich die Forscher Sternströme von Kugelsternhaufen zunutze, um die Milchstraße zu wiegen und die Position der Erde innerhalb der Galaxie neu zu bestimmen.



Sternenströme sind wie ein Kondensstreifen am Himmel

Kugelsternhaufen sind Gruppen von Tausenden bis zu Millionen von Sternen, die gemeinsam entstanden sind, als das Universum noch sehr jung war. Sie umkreisen unsere Galaxie seit vielen Milliarden Jahren und lösen sich langsam auf. Dabei hinterlassen sie eine Spur am Himmel“, erklärt Dr. Küpper, Erstautor der Studie. Diese Sternenströme seien relativ leicht am Sternenhimmel zu erkennen, weil sie eine höhere Dichte als ihre Umgebung haben und ähnlich wie ein Kondensstreifen am Wolkenhimmel deutlich herausstechen.

Die Wissenschaftler verwendeten Daten des Sloan Digital Sky Surveys, der zehn Jahre lang den Nordhimmel kartographiert hat. „Ähnlich wie vor 200 Jahren Friedrich Wilhelm Argelander die Astronomie mit seiner ‚Bonner Durchmusterung’ revolutioniert hat, eröffnen uns moderne Surveys völlig neue Möglichkeiten, unser Universum zu verstehen“, kommentiert Pavel Kroupa, Koautor und Professor am Helmholtz-Institut für Strahlen- und Kernphysik der Universität Bonn. Der Palomar-5-Sternstrom, den die Forscher verwendeten, um die Präzision ihrer Methode unter Beweis zu stellen, wurde bereits vor zehn Jahren zu Beginn des Surveys entdeckt. Mit den neuesten Daten des Surveys konnte der Strom nun so genau vermessen werden, dass die Forscher regelmäßige Dichteschwankungen entlang des Stroms entdecken konnten. Diese wurden 2010 von Küpper mithilfe von numerischen Simulationen vorhergesagt, als dieser seine Promotion mit Doktorvater Prof. Kroupa an der Uni Bonn anfertigte.

Dr. Küpper, der nun an der Columbia University in New York als Hubble Fellow forscht, erzeugte mehrere Millionen Modelle des Palomar-5-Stroms mithilfe eines Supercomputers. Die unterschiedlichen Modelle verglichen die Forscher mit den Beobachtungen am Himmel und stellten fest, dass nur in einem sehr realistischen Modell der Milchstraße das computergenerierte Dichtemuster dem beobachteten Muster ähnlich sah. Um jedoch aus den Millionen von Modellen die wahrscheinlichsten herauszufiltern, mussten sie auf statistische Methoden zurückgreifen, die auch in der Genetik Anwendung finden und von Suchmaschinen wie Google dazu verwendet werden, um Suchergebnisse zu sortieren.

Präzision bis auf 20 Prozent genau

Mit ihrer neuen Waage erreichten die Forscher eine Präzision von bisher unerreichten 20 Prozent und bestimmten damit das Gewicht der Milchstraße in Sternen und Gas innerhalb eines Radius von 60.000 Lichtjahren. Mit 210 Milliarden Mal dem Gewicht der Sonne attestieren die Wissenschaftler der Milchstraße ein „gesundes Gewicht“. „Die Milchstraße ist weder übermäßig schwer noch besorgniserregend leicht“, resümiert Prof. Kroupa. Ein anderes Gewicht stünde im Widerspruch zu anderen unabhängigen Messungen. Jedoch werde sich in Zukunft zeigen, wenn weitere Sternenströme vermessen werden und somit erst ein Gesamtbild der Milchstraße entsteht, ob die Galaxie tatsächlich kerngesund ist oder nicht. „Zum ersten Mal werden wir somit auch die Frage beantworten können, ob unsere Galaxie wirklich von dunkler Materie umgeben ist oder ob nicht gar unser Verständnis der Gravitation überholt ist“, sagt Prof. Kroupa.

Diese Newsmeldung wurde mit Material von idw-online erstellt



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Milchstraße - Astrophysik
Der Effelsberg-Bonn HI Survey
Bonner Astronomen haben einen wissenschaftlichen Meilenstein gesetzt. Mit einem der größten Radioteleskope, dem 100-m-Teleskop in Effelsberg, wurde der komplette Nordhimmel in der 21-cm-Spektrallinie des neutralen Wasserstoffs (HI) vermessen.
09.11.2015
Milchstraße - Astrophysik
VISTA entdeckt neue Komponente der Milchstraße
Astronomen haben mit dem VISTA-Teleskop am Paranal-Observatorium der ESO einen bisher unbekannten Teil der Milchstraße entdeckt.
09.11.2015
Astrophysik - Teilchenphysik
Wie bekommen massereiche Sterne ihre Masse?
Astronomen finden Scheibe um jungen, massereichen Stern
27.04.2015
Astrophysik - Quantenphysik
Ist unser Universum ein Hologramm?
Zur Beschreibung des Universums braucht man möglicherweise eine Dimension weniger als es den Anschein hat.
24.04.2015
Astrophysik - Teilchenphysik
Erste Anzeichen von selbstwechselwirkender Dunkler Materie
Zum ersten Mal könnte Dunkle Materie dabei beobachtet worden sein anders als nur über ihre Schwerkraft mit anderer Dunkler Materie in Wechselwirkung zu treten.
24.04.2015
Astrophysik - Elektrodynamik
ALMA bringt starkes Magnetfeld in der Nähe eines supermassereichen Schwarzen Lochs
Wissenschaftler haben mit dem Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) am Rand des Ereignishorizonts eines supermassereichen Schwarzen Lochs ein extrem starkes Magnetfeld aufgespürt, das alle bisher im Zentrum einer Galaxie gemessenen Felder in den Schatten stellt.
24.04.2015
Milchstraße - Astrophysik
Die Vermessung der Milchstraße
Wenn es um die Masse der Milchstraße geht, versagten bisher alle Messmethoden. Abschätzungen des Gewichts unserer Heimatgalaxie schwankten um 400 Prozent.
24.04.2015
Astrophysik - Optik
Erstes Spektrum eines Exoplaneten im sichtbaren Licht
Astronomen ist es mit dem Exoplanetenjäger HARPS am La Silla-Observatorium der ESO in Chile erstmals gelungen, das Spektrum, das von einem Exoplaneten reflektiert wurde, im sichtbaren Licht nachzuweisen.
24.04.2015
Astrophysik - Elektrodynamik
Starke Magnetfelder bei Schwarzem Loch nachgewiesen
Wissenschaftler der Universität Göttingen haben erstmals die Existenz von sehr starken Magnetfeldern in der Umgebung eines supermassereichen Schwarzen Lochs nachgewiesen.
07.02.2015
Astrophysik - Teilchenphysik
Zeit im Universum messen
Bedeutende astrophysikalische Ereignisse in unserer Milchstraße können mithilfe radioaktiver Isotope zeitlich zugeordnet werden.
21.01.2015
Astrophysik - Elektrodynamik
Eine Nachricht aus dem Himmel
Verborgene magnetische Signale
04.09.2013
Milchstraße - Astrophysik
Bizzare Anordnung planetarischer Nebel
Pressemitteilung der Europäischen Südsternwarte (Garching)
02.09.2013
Kometen_und_Asteroiden - Astrophysik
Asteroiden aus der Bahn werfen
Trifft ein Asteroid auf die Erde, kann das verheerende Folgen haben.

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30.11.2020
Monde - Astrophysik
Laborexperimente könnten Rätsel um Mars-Mond Phobos lösen
Was lässt die Oberfläche des Mars-Monds Phobos verwittern? Ergebnisse der TU Wien liefern wichtige Erkenntnisse, bald soll eine Weltraummission Gesteinsproben nehmen.