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Im Sternendickicht


Der Spiegel - epaper ⋅ Ausgabe 31/2019 vom 26.07.2019

Weltall Mithilfe der Forschungssonde »Gaia« blicken Astronomen in die Tiefen der Milchstraße und enthüllen dramatische Details ihrer Geschichte. Galaxien stürzten in sie hinein, Flüsse von Sternen durchströmten und Sonnen querten sie. Ihre Jugend war wild – ihr Ende wird es wieder.


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Bildquelle: Der Spiegel, Ausgabe 31/2019

»Gaia«-Karte der Milchstraße


Falls es vor zehn Milliarden Jahren schon Leben in der Galaxis gab, dann stand ihm eine schwere Zeit bevor. Damals rauschte eine andere Galaxie direkt ins Sternenmeer der Milchstraße. Manch eine Sonne wurde mitsamt ihrer Planetenschar ins All hinauskata - pultiert.

Das Drehbuch dieses galaktischen ...

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... Spektakels hat jetzt das Team der spanischen Astrophysikerin Carme Gallart nachgezeichnet. »Wir haben die Abfolge der Ereignisse rekonstruiert«, sagt sie. Ihr vielleicht überraschendster Befund: Die Zerstörung ging mit Schöpferkraft einher. Dem Crash folgte eine Ära der Stern - entstehung – die Milchstraße erlebte einen Babyboom.

Im Fachblatt »Nature Astronomy« beschreibt die spanische Forscherin, wie sie vorgegangen ist. Im kugelförmigen Halo, der die Milchstraße umhüllt, hat sie zwei verschiedene Sternpopulationen identifiziert. Das Licht der einen sei eher rötlich eingefärbt. Sie entstamme der Ur-Galaxis, wie sie vor der Kollision bestand. Die andere Population leuchte eher blau. Sie habe einst der in die Milchstraße hineinstürzenden Galaxie angehört. Astronomen haben diese »Gaia-Enceladus« getauft.

Zusammen mit Kollegen auf der ganzen Welt hat sich Gallart darangemacht, die Entwicklungsgeschichte der Galaxis zu schreiben. Möglich werden solche himmelshistorische Studien dank eines Satelliten namens »Gaia«. Vor gut fünf Jahren setzte die Europäische Weltraumagentur Esa die Sonde 1,5 Millionen Kilometer von der Erde entfernt aus. Seither revolutioniert sie das Verständnis der Milchstraße.

Lange war diese erstaunlich schlecht kartiert. Zwar beherrscht sie als helles, Ehrfurcht gebietendes Band den nächtlichen Himmel. Bis zum Start von »Gaia« aber war das Studium dieser großen Sternenstraße arg erschwert. Denn die Erde residiert in einem Außenbezirk der Galaxis, rund 27000 Lichtjahre vom Zentrum entfernt. Von dort außen fällt der Blick auf ein Gewimmel hintereinanderliegender Sterne, deren Entfernungen und Bewegungen sich kaum entwirren lassen.

Das hat »Gaia« nun radikal geändert. Mit bisher unerreichter Sehschärfe kann dieses Weltraumteleskop bis tief ins galaktische Sternendickicht blicken. Bahndaten von insgesamt knapp 1,7 Milliarden Objekten hat das »Gaia«-Team veröffentlicht. Eine Sternenkarte von unvergleichlicher Präzision entstand.

Sehnsüchtig hatte die Gemeinde der Milchstraßenforscher darauf gewartet, diese Karte einsehen zu können. Im April vorigen Jahres war es dann endlich so weit: »Ein Traum ging für mich in Erfüllung«, erinnert sich die niederländische Astronomin Amina Helmi, die als Erste die Spuren des großen Crashs mit Gaia-Enceladus in den Daten des Weltraumteleskops nachgewiesen hat.

Als das »Gaia«-Team den Blick auf seinen Datenschatz öffnete, war es, als wäre eine galaktische Stufe von Google Earth freigeschaltet. Weltweit stürzten sich die Forscher darauf. Erbittert wetteiferten sie darum, dem Datenkonvolut seine Geheimnisse zu entreißen.

Ganze neun Stunden dauerte es, da meldete sich bereits der erste von ihnen zu Wort: Er hatte dank »Gaia« soeben die Rotationsbewegungen in einer die Milchstraße begleitenden Zwerggalaxie vermessen können.

Nun ging es Schlag auf Schlag. Viele Hundert Arbeiten sind inzwischen publiziert, sie enthalten immer neue Details über Struktur, Entwicklung und Dynamik der Milchstraße. Die einen entdeckten Querschläger, die aus dem Zentralbereich anderer Galaxien herauskatapultiert wurden und nun mit überhöhter Geschwindigkeit durchs Sternenmeer der Galaxis rasen. Andere spürten Zombie-Sonnen auf, die auf rätselhafte Weise Supernova-Explosionen überlebt zu haben scheinen. Wieder andere schätzten den Staubgehalt verschiedener Milchstraßenbezirke ab, um daraus zu schließen, wie wahrscheinlich dort die Entstehung von Planeten ist.

Die Sonne, so das Ergebnis einer weiteren Studie, ist im Laufe ihres Lebens weit gewandert. Geboren wurde sie viel näher am galaktischen Zentrum. Seither ist sie, beschleunigt von der Gravitationskraft eines Spiralarms der Galaxis, um rund 10000 Lichtjahre nach außen ge - trudelt.

Wissenschaftlerin Helmi »Ein Traum ging für mich in Erfüllung«


Den vielleicht faszinierendsten Fund veröffentlichte eine Forscherin der Harvarl-universität: Sie hat einen mächtigen Strom aus Sternen untersucht, der sich durch den galaktischen Halo bewegt. Darin, so stellte sie fest, klafft ein Loch. Gerissen wurde es vermutlich von einem Klumpen der mysteriösen Dunklen Materie, die zwar große Teile des Universums erfüllt, für Teleskope aber unsichtbar ist. »Dies ist das erste Indiz dafür, dass es diese theoretisch vorhergesagten Klumpen wirklich gibt«, begeistert sich der Galaxienforscher Hans-Walter Rix vom Heidelberger Max-Planck-Institut für Astronomie.

»Gaias« Himmelskarte offenbart, dass die Milchstraße keineswegs der starre Mono lith ist, als der sie lange galt. Je genauer das Weltraumteleskop die Bewegungen einzelner Sterne erfasst, desto mehr entwickeln diese ein Eigenleben. Und jeder trägt seine eigene Geschichte mit sich herum, die sich anhand seines Lichts entschlüsseln lässt. Rix vergleicht es mit bevölkerungsgeschichtlichen Studien: Ähnlich wie sich anhand von Erbgutanalysen die Abstammung von Menschen ermitteln lässt, erlaube es die Spektralanalyse des Lichts, den Geburtsort eines Sterns zu bestimmen.

Die Galaxis erweist sich so als dynamisches, pulsierendes Gebilde, das von Sternen durchströmt und durchwandert wird. Selbst die prächtigen Spiralarme sind überraschend flüchtig: Unvermittelt lösen sie sich manchmal auf, um an anderer Stelle wieder zu entstehen.

Hinzu kommt: Die Milchstraße ist nicht allein. Wie Straßenlampen von Insekten wird sie umschwärmt von vielen Dutzend kleineren Begleitern. Und all diese Zwerggalaxien wirken auf den Koloss in ihrer Mitte ein. »Wir dürfen die Galaxis nicht länger isoliert betrachten«, erklärt »Gaia«- Forscherin Helmi. »Zusammen mit ihren Satelliten bildet sie ein Gesamtsystem, in dem jedes Teil Einfluss auf die anderen Teile ausübt.« Manchmal bleibt es nicht bei Fernwirkungen.

Dann kommt ein Trabant der Milchstraße so nahe, dass er von ihr verschlungen wird. Diese Kollisionen prägen den Charakter einer Galaxie. Denn jeder Crash hinterlässt Wunden, die selbst nach Milliarden Jahren nicht ganz ausheilen.

Grob, meint Max-Planck-Forscher Rix, lasse sich die Geschichte der Milchstraße in zwei Phasen unterteilen: Die Kindheit war wild und turbulent, dann folgte eine ruhigere Zeit der Reife, in der die Galaxis ihre symmetrische Spiral - gestalt annahm.

Für Galaxien ist eine solche Biografie typisch. Denn in der Anfangszeit des Universums war die Dichte hoch, viele kleine Sterneninseln drängten sich auf engem Raum. In rascher Abfolge krachten sie ineinander, verschmolzen und wuchsen so schnell zu immer größeren Gebilden heran. Meist blieben diese Junggalaxien ohne innere Struktur, denn die Zeit, wohlgestalte Spiralarme auszubilden, fehlte ihnen. Immer neu in sie hineinstürzende Projektile setzten jeder keimenden Spiral - bildung ein Ende.

Die bewegte Jugend der Milchstraße endete mit einem Fanal: Mit großer Wucht sauste Gaia-Enceladus mitten ins Sternenmeer der Ur-Galaxis. Es war die bis heute heftigste Kollision der Milchstraßen - geschichte.

Anhand der »Gaia«-Daten konnte As - tro nomin Helmi den Einschlag präzise rekonstruieren: Gaia-Enceladus wog demnach etwa ein Viertel des Gewichts der Milchstraße. Der Einschlagswinkel lag bei 30 Grad, die Rotationsbewegung beider Galaxien war gegenläufig. Der ganze Vorgang dauerte Helmi zufolge ein bis zwei Mil liar den Jahre. »Für eine galaktische Kollision dieser Größenordnung ist das schnell«, sagt sie.

Für Gaia-Enceladus war es das Ende. Die Wucht des Aufpralls zerfetzte die Galaxie. Viele der Splitter wurden in den Halo der Milchstraße geschleudert, wo sie bis heute ihre Bahnen ziehen. Die jüngsten dieser Überbleibsel sind zehn Milliarden Jahre alt – woraus sich auf den Zeitpunkt der Kollision schließen lässt.

Für die Milchstraße war der Crash schicksalhaft. Bis heute ist ihr Halo davon beherrscht: Zwei Drittel aller Sterne, die dort umherschwirren, sind Splitter von Gaia-Enceladus. Und auch die Scheibe, in der die Mehrzahl der Sterne kreist, wurde infolge der Kollision umgeformt. Es entstand eine Sternenverteilung, die bis heute fortbesteht. Sie erinnert an die Gestalt von Oreo-Keksen: in der Mitte eine aktive Schicht, in der fortwährend neue Sterne zünden; oben und unten eine breit aufgequollene Umhüllung, in der alte Sterne vorherrschen.

Auch in der Demografie der Milchstraße hinterließ die Kollision Spuren. Denn der Zusammenstoß regte die Sternent - stehung an. Gas von Gaia-Enceladus wurde in die galaktische Ebene der Milchstraße injiziert, die außerdem von Druckwellen erschüttert wurde. All das beförderte den Kollaps großer Gaswolken zu neuen Sternen. Manch eines der heutigen Milch - straßengestirne ist aus dem nachfolgenden Geburtenboom hervorgegangen.

Nach jenem turbulenten Zusammentreffen mit Gaia-Enceladus ist es ruhiger um unsere Galaxie geworden. Ein ähnlich gewaltsames Spektakel blieb ihr seither erspart. Langeweile herrschte trotzdem nicht.

Derzeit zum Beispiel kracht es wieder. Diesmal stößt die Milchstraße mit der Zwerggalaxie Sagittarius zusammen – auch wenn hier von Crash nicht die Rede sein kann. Dazu ist der Vorgang zu gutmütig. Sagittarius ist ein Begleiter der Galaxis, seine Bahn schrammt an einer Stelle an der Ebene der Milchstraße vorbei. Jedes Mal, wenn das passiert, wird ein Stück heraus gerissen.

Vier Milliarden Jahre lang geht das schon so. 90 Prozent seiner Masse und rund die Hälfte seiner Sterne hat Sagittarius auf diese Weise bereits an die Milchstraße verloren. Bald wird der Trabant ganz in ihr aufgeschmolzen sein.

Der Hunger der Galaxis nach mehr Sternen ist mit den Sagittarius-Snacks noch nicht gestillt. Schon bahnt sich an, dass sie bald einen noch weitaus größeren Happen verschlingen wird. In gut zwei Milliarden Jahren wird es den Hochrechnungen von Astronomen zufolge zur Verschmelzung der Milchstraße mit ihrem größten Satelliten kommen: der Großen Magellanschen Wolke.

Das Finale folgt ungefähr zwei weitere Milliarden Jahre später. Dann kommt es zum Supercrash: Unsere Heimatgalaxie wird mit ihrer großen Schwester Andromeda zusammenprallen.

An Gewicht und Sternenzahl sind sich Milchstraße und Andromeda ungefähr ebenbürtig. Aus ihrer Fusion wird deshalb eine völlig neue Galaxie hervorgehen. Sie kann weder als direkte Nachfolgerin der einen noch der anderen betrachtet werden. Und so wird der Crash das Ende der Milchstraße sein, wie wir sie kennen.

Supercrash am Ende Kollisionen unserer Milchstraße


ESA / GAIA / DPAC

REYER BOXEM / HH / LAIF