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Erster „Stammbaum“ der Milchstraße

Die schlimmste Kollision unserer Galaxie blieb zuvor unerkannt

Milchstraße
Unsere Milchstraße hat zehn kleinere und fünf große Kollisionen hinter sich.© NASA/JPL-Caltech, ESO/R. Hurt

„Kraken“ war die schlimmste: Astronomen haben erstmals eine Art Stammbaum der Milchstraße erstellt – eine Übersicht über die Kollisionsgeschichte unserer Galaxie. Demnach durchlebte sie zehn kleinere und fünf große Verschmelzungen. Die größte davon ereignete sich vor knapp elf Milliarden Jahren mit einer zuvor unbekannten Nachbargalaxie. Insgesamt jedoch haben diese Verschmelzungen das Wachstum der Milchstraße weit weniger geprägt als angenommen – das wirft Fragen auf.

Unser Milchstraße hat eine bewegte Geschichte hinter sich. Gasströme, Sterne und Sternhaufen extragalaktischen Ursprungs zeugen noch heute davon, dass sie mehrfach Kollisionen oder Beinnahekollisionen mit anderen Galaxien durchlebte. Sogar ganze Zwerggalaxien „stahl“ die Milchstraße von ihren Nachbarn. Ihre schlimmste Kollision erlebte sie gängiger Theorie nach vor knapp zehn Milliarden Jahren mit der Gaia-Enceladus-Galaxie. Erst durch sie bekam die Milchstraße ihre heutige Gestalt.

„Ahnenforschung “ mit Kugelsternhaufen

Doch wie viele solcher Kollisionen erlebte unsere Galaxie? Und wie sehr prägten sie ihr Wachstum? Das haben nun Diederik Kruijssen von der der Universität Heidelberg und seine Kollegen anhand von Kugelsternhaufen der Milchstraße untersucht. Diese bestehen meist aus sehr alten Sternen und wechseln bei Kollisionen den „Besitzer“. Deshalb können ihr Alter, ihre Bewegungen und ihre chemische Zusammensetzung verraten, woher sie stammen und wann sie Teil unserer Galaxie wurden.

„Die größte Herausforderung ist, dass die Bahnbewegungen der Kugelsternhaufen beim Verschmelzungsprozess in extrem chaotischer Art und Weise verändert werden“, erklärt Kruijssen. Deshalb nahmen die Astronomen eine künstliche Intelligenz zu Hilfe, die darauf trainiert war, in Kombination mit einer astrophysikalischen Simulation die Geschichte und Herkunft der Sternhaufen zu rekonstruieren.

Daraus entwickelten die Forscher einen Stammbaum der Milchstraße – ein Schema, das erstmals im Überblick zeigt, wann unsere Galaxie mit einer anderen verschmolzen ist und welche Masse diese Kollisionspartner hatten.

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Vier bekannte große Kollisionen….

Das Ergebnis: Unsere Milchstraße hat im Laufe ihrer Geschichte zehn kleinere und fünf große Kollisionen erlebt. „Vier der großen Verschmelzungen stimmen mit bereits bekannten Akkretionsereignissen überein“, berichten die Astronomen. Dazu gehörte vor 10,1 Milliarden Jahren die Verschmelzung mit dem galaktischen Vorläufer der Helmi-Sternenströme und vor 9,4 Milliarden Jahren mit der Sequia-Zwerggalaxie. Beide hatten zum Zeitpunkt der Kollision maximal ein Hundertstel der damaligen Milchstraßenmasse.

STammbaum der Milchstraße
Dieser Stammbaum der Milchstraße zeigt ihre Kollisionen und größten Kollisionspartner. © D. Kruijssen

Deutlich folgenreicher war dann vor 9,1 Milliarden Jahren die Kollision mit der Gaia-Enceladus-Galaxie – sie galt bislang als die schlimmste der Milchstraßengeschichte. Mit einem Massenverhältnis von 1:67 war zwar auch die Gaia-Galaxie deutlich kleiner als die Milchstraße, dennoch reichte ihr Schwerkrafteinfluss aus, um die Form unserer Heimatgalaxie stark zu verändern.

Die letzte größere Kollision erfolgte vor rund 6,8 Milliarden Jahren mit der Sagittarius-Zwerggalaxie. Auch sie hatte nur etwa ein Hundertstel der Masse unserer Milchstraße, wie Kruijssen und sein Team berichten. Dennoch könnten die von diesem Ereignis verursachten Turbulenzen die Entstehung unseres Sonnensystems begünstigt haben.

…und eine noch schwerwiegendere unbekannte

Das Überraschende jedoch: Der Kollisions-Stammbaum enthüllte noch eine fünfte große Verschmelzung unserer Galaxie. Diese ereignete sich bereits vor knapp elf Milliarden Jahren und umfasste einen „Kraken“ getauften galaktischen Partner, der immerhin ein Dreißigstel, vielleicht sogar bis zu einem Viertel der damaligen Milchstraße umfasste. „Die Kollision mit der Kraken-Galaxie muss das bedeutendste Ereignis gewesen sein, das die Milchstraße je erlebt hat“, sagt Kruijssen.

Die Kugelsternhaufen, die von dieser Kollision erhalten geblieben sind, bilden nach denen der Gaia-Kollision die zweitgrößte Gruppe, unterscheiden sich aber in Zusammensetzung und Bewegung deutlich von diesen. „Die Kraken-Kugelsternhaufen sind die metallreichsten, was darauf hindeutet, dass Kraken die massereichste Satellitengalaxie war“, erklären die Astronomen. „Daher muss diese Kollision das Aussehen unserer Heimatgalaxie nachhaltig verändert haben“, ergänzt Kruijssen.

Milchstraße wuchs primär aus eigener Kraft

Damit haben die Astronomen nicht nur den „Stammbaum“ der Milchstraße erhellt, sondern auch ein bisher unbekanntes prägendes Ereignis aus ihrer frühen Vergangenheit aufgedeckt. Ihre Studie belegt aber auch, dass all diese Kollisionen zwar zum Wachstum unserer Heimatgalaxie und ihrer heutigen Gestalt beitrugen. Insgesamt lieferten diese Verschmelzungen aber nur rund 4,5 Millionen Sonnenmassen.

„Insgesamt bedeutet dies, dass der mit Abstand größte Teil der stellaren Masse unserer Milchstraße von ihr selbst gebildet wurde“, berichten Kruijssen und sein Team. „Nur ein paar Prozent der Gesamtmasse hat sie über die Sterne der Satellitengalaxien hinzugewonnen.“ Das sei für eine solche Galaxie sehr ungewöhnlich. „Sie ist nicht nur ungewöhnlich schnell herangewachsen, sondern hat auch erstaunlich wenige große Verschmelzungen erlebt“, konstatieren die Forscher.

Ist unsere Galaxie eine Ausnahme?

Viele Modelle und auch astronomische Beobachtungen gehen davon aus, dass Galaxien dieser Größe zu einem weit größeren Anteil durch Kollisionen heranwachsen. „Möglicherweise ist unsere Milchstraße demnach kein besonders repräsentatives Beispiel für die Entwicklung und Akkretion der Galaxienpopulation“, so das Fazit der Astronomen. „Dafür ist sie eine umso angenehmere Umgebung, wenn man in ihr lebt.“ (Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 2020; doi: 10.1093/mnras/staa2452)

Quelle: Universität Heidelberg

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