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Sonnensystem liegt in galaktischer Blase

Kette von Supernovae blies 1.000 Lichtjahre große Blase in die lokale Umgebung

lokale Blase
Unsere Sonne liegt im Zentrum einer rund 1.000 Lichtjahre großen, eher leeren Blase, auf deren Oberfläche sich Sternenwiegen sammeln. © Leah Hustak (STScI)

Im leeren Zentrum: Unser Sonnensystem liegt in einer gewaltigen, sich ausdehnenden Blase, wie Astronomen entdeckt haben. Dieser relativ leere Raum ist rund 1.000 Lichtjahre groß und wurde vor rund 14 Millionen Jahren durch eine Kette von Supernovae und deren Schockwellen gebildet. Diese schufen auch die Sternenwiegen, die heute wie aufgereiht am Rand dieser Blase liegen. Unser Sonnensystem wanderte hingegen erst nachträglich in die Blase ein und liegt heute in deren Zentrum, wie die Forscher im Fachmagazin „Nature“ berichten.

Die Sterne und Gase in der Milchstraße und anderen Galaxien sind nicht gleichmäßig verteilt. Zum einen sorgen Dichtewellen und Schwerkrafteinflüsse dafür, dass sich große Sternenströme und Arme bilden, zum anderen aber gibt es auch auf kleinerer, lokaler Ebene Dichteunterschiede. So sind zwei nahe Sternenwiegen durch eine Zone relativ leeren Raums getrennt und auch das Sonnensystem liegt in einer eher spärlich besetzten Zone unserer Galaxie.

Sternenwiegen
3D-Modell der lokalen Blase und der wichtigsten Sternbildungsregionen auf ihrer Oberfläche. © Leah Hustak, ALMA (ESO/NAOJ/NRAO, Guiseppe Donatiello

Lokale Umgebung des Sonnensystems im Visier

Wie die Umgebung unseres Sonnensystems tatsächlich beschaffen ist, haben Astronomen um Catherine Zucker vom Center for Astrophysics Harvard & Smithsonian nun erstmals genauer rekonstruiert. „Seit Jahrzehnten wissen wir, dass die Sonne in einem Gebiet geringer Dichte liegt, das von einer Hülle als kaltem neutralen Gas und Staub umgeben ist“, erklärt das Team. „Aber die Form dieser Hülle, ihre zeitliche Entwicklung und ihre Beziehung zu nahen Sternbildungszonen blieben unklar.“

Um dies zu klären, werteten die Forschenden Daten zum Alter, zur Position und zur Bewegung von allen jungen Sternenhaufen, Sternenwiegen und Molekülwolken im Umkreis von gut 1.300 Lichtjahren um das Sonnensystem aus. Daraus erstellten sie ein 3D-Modell unserer galaktischen Umgebung und ihrer Entwicklung.

1.000 Lichtjahre große Blase

Die Rekonstruktion enthüllt, dass das Sonnensystem fast genau im Zentrum einer rund 1.000 Lichtjahre großen Blase liegt. Ihre Grenze wird markiert von einer Ansammlung von Sternenwiegen und Molekülwolken. „Nahezu jede bekannte Molekülwolke im Umfeld der Sonne liegt auf der Oberfläche dieser Blase“, berichten Zucker und ihr Team. „Jede dieser Wolken zeigt eine ähnliche, flache oder fadenförmige Morphologie – sie sind entlang der Blasenoberfläche ausgezogen.“

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Die Grenze der lokale Blase ist jedoch nicht statisch: Sie dehnt sich immer weiter aus, wie die Astronomen anhand der Bewegung der dort liegenden Sternenhaufen und Molekülwolken feststellten. „Die Blasenoberfläche bewegt sich zurzeit mit rund sechs bis sieben Kilometern pro Sekunde nach außen“, berichtet Zucker. Früher allerdings war diese Ausdehnung weit schneller. „Sie hat den Hauptteil ihrer Kraft und ihren Schwung bereits verloren und sich auf eine relativ konstante Ausdehnungsgeschwindigkeit eingependelt“, so die Forscherin.

Ein interaktives 3D-Modell der Form und Größe dieser Blase haben die Astronomen frei zugänglich ins Internet gestellt.

Kette von Supernovae als Urheber

Wie aber ist diese lokale Blase entstanden? Auch das konnten die Astronomen anhand ihrer Daten rekonstruieren. Demnach lagen die beiden mit rund 20 Millionen Jahren ältesten Sternbildungsregionen unserer nahen Umgebung, Upper Centaurus Lupus und Upper Centaurus Crux, einst im Zentrum der lokalen Blase. Damals jedoch bestand diese noch nicht. Dies änderte sich erst vor rund 14 Millionen Jahren, als erste massereiche Sterne dieser beiden Zonen explodierten.

Darauf folgte eine Kette von 14 bis 20 Supernovae, deren Strahlung, Schockwellen und nach außen rasenden Gase das interstellare Medium immer weiter nach außen schoben. Nach Schätzungen des Forschungsteams könnten dadurch insgesamt rund 1,4 Millionen Sonnenmassen an Staub und Gas aus der lokalen Blase verdrängt worden sein.

So hat sich die Blase um das Sonnensystem entwickelt.© Center for Astrophysics

Abfolge der Sternbildung rekonstruiert

Dies wiederum löste mehrere Phasen intensiver Sternbildung in den dadurch komprimierten Randzonen aus. Die 3D-Rekonstruktion zeigt, wann welche Sternenwiege entstand: „Nach der Geburt der lokalen Blase vor wahrscheinlich 14 Millionen Jahren sehen wir vier Epochen der Sternbildung auf der Oberfläche dieser sich ausdehnenden Blase“, berichten die Astronomen. Dabei entstanden vor rund zehn Millionen Jahren zuerst die Sterne in den Formationen Upper Scorpius und Ophiuchus.

Vor sechs Millionen Jahren folgte die Corona Australis und die älteren Sterne der Taurus-Wolke. Vor zwei Millionen Jahren begann dann die Sternbildung in Lupus und Chamäleon, sowie eine zweite Phase der Sternbildung in der Taurus-Wolke. In der Zeit seither entstanden dann die Molekülwolken, die in der heutigen Grenzzone der lokalen Blase liegen. „Zum ersten Mal können wir erklären, was die ganze nahe Sternbildung ausgelöst hat“, sagt Zucker.

Die Sonne wanderte erst später ein

Wo aber war die Sonne in dieser ganzen Zeit? Müsste sie nicht auch von den Supernovae getroffen worden sein? Das Modell gibt dafür Entwarnung: „Als die erste Supernova losging, war unsere Sonne weit entfernt vom Ort des Geschehens“, erklärt Koautor João Alves von der Universität Wien. Sie lag damals knapp 1.000 Lichtjahre entfernt. Erst vor rund fünf Millionen Jahren wanderte die Sonne in die lokale Blase ein und liegt heute fast genau in deren Zentrum.

Genau dies lässt Zucker und ihr Team vermuten, dass die lokale Blase keineswegs die einzige in der Milchstraße ist. Stattdessen haben Supernova wahrscheinlich in der gesamten Galaxie solche Blasen erzeugt – sie könnte davon durchgezogen sein wie ein Schweizer Käse. „Unsere Beobachtungen stützten damit die Theorie, dass Supernovae wichtige Treiber der Sternbildung sind“, schreiben die Forschenden. Sie wollen nun versuchen, weiter solcher Blasen in der Milchstraße aufzuspüren und zu kartieren. (Nature, 2022; doi: 10.1038/s41586-021-04286-5)

Quelle: Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics

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