Es ist paradox: Gerade weil die Milchstraße unsere galaktische Heimat ist, kennen wir sie kaum – zu viele Sterne und Staubwolken behindern unsere Sicht. Doch gerade in den letzten Jahren haben Astronomen einiges Neues und Überraschendes über unsere Galaxie herausgefunden. Dazu gehören zuvor unbekannte Strukturen, aber auch neue Erkenntnisse über ihre Vergangenheit und Zukunft.

Milliarden Sterne und Planeten, gigantische Gaswolken und reichlich Dunkle Materie: Die Milchstraße ist von einer Vielzahl kosmischer Objekte und Phänomene erfüllt. Aus ihrer Beobachtung haben Astronomen entscheidende Erkenntnisse über die Geburt und den Tod von Sternen, über Exoplaneten oder das Umfeld Schwarzer Löcher gewonnen.

Doch wenn es um unsere Galaxie im Ganzen geht, klaffen in unserem Wissen noch viele Lücken. Wie viel es über die Milchstraße noch zu lernen gibt und welche Überraschungen sie immer wieder parat hat, demonstrieren einige der jüngsten Funde der Astronomen.

Auf den ersten Blick ist unsere Milchstraße eine ganz normale Balkenspirale: Ihre gewölbte Mitte, der sogenannte Bulge, ist seitlich zu einem länglichen Balken ausgezogen, von dessen Enden vier große Spiralarme ausgehen. Die Arme liegen alle in einer gemeinsamen Ebene, die rund 3.000 Lichtjahre dick ist. Sie enthält einen Großteil der rund 100 bis 300 Milliarden Sterne unserer Galaxie. Die gesamte Scheibe der Milchstraße hat einen Durchmesser von rund 100.000 Lichtjahren. So weit, so bekannt.

Verbeult statt eben

Doch schon diese offensichtlichen Merkmale bergen Überraschungen. Jahrhundertelang glaubten Astronomen, dass die Hauptebene der Milchstraße eine flache Scheibe bildet – ähnlich wie die Andromedagalaxie und andere Spiralgalaxien in unserer komischen Nachbarschaft. Doch Anfang 2019 enthüllten Daten des europäischen Gaia-Weltraumteleskops, dass dies ein Irrtum ist. Denn eine ganze Reihe von veränderlichen Sternen, sogenannte Cepheiden, liegen nicht dort, wo sie sein müssten.

Stattdessen deutet die Position dieser Sterne darauf hin, dass unsere Galaxie verbeult ist: Einige Teile ihrer Hauptebene sind nach oben gebogen, andere nach unten. Diese Biegung ist in den Außenbereichen am stärksten. Würde man sie von der Seite betrachten, ähnelte die Milchstraße dadurch einem leicht gewellten „S“. Damit weicht unsere Galaxie deutlich von der typischen Form anderer Spiralgalaxien ab. Warum, ist bislang noch ungeklärt. Möglich wären sowohl frühere Kollisionen als auch Wechselwirkungen mit Dunkler Materie oder intergalaktischen Gasen.

Schein-Spiralen und eine gigantische Welle

Auch die Spiralarme unserer Galaxie sind nicht das, was sie zu sein scheinen. Dem ersten Anschein nach handelt es sich bei ihnen um feste Gebilde, die sich mitsamt ihrer Gase, Sterne und Sternenwiegen um das Milchstraßenzentrum bewegen. Doch neueren Daten zufolge könnte es sich stattdessen um Dichtewellen handeln – gasreiche Zonen besonders intensiver Sternbildung, die unabhängig von den bestehenden Sternenpopulationen um das Galaxienzentrum kreisen. Die Spiralarme wandern gleichsam durch die Sterne hindurch.

Ebenfalls anders als gedacht ist eine auffällige Ansammlung von Sternenwiegen und Gas in unserer galaktischen Nachbarschaft. Sie bilden einen großen Bogen am Nachthimmel und scheinen das Sonnensystem in einem gürtelförmigen Ring zu umgeben. Doch Anfang 2020 enthüllten Daten des Gaia-Weltraumteleskops, dass dieser Gouldsche Gürtel in Wirklichkeit Teil einer gigantischen wellenförmigen Struktur unserer Galaxie ist. Diese „Radcliffe-Welle“ ist rund 9.000 Lichtjahre lang und windet sich durch die Hauptebene der Milchstraße hindurch. Dabei ragt sie beiderseits um je 500 Lichtjahre aus der Sternenscheibe hinaus.

„Wir waren geradezu schockiert, als uns klar wurde, wie lang und gerade die Radcliffe-Welle ist“, sagt Alyssa Goodman von der Harvard University. „Kein Astronom hat erwartet, dass wir neben einer so gigantischen wellenartigen Ansammlung von Gas leben.“ Denn die Radcliffe-Welle liegt an ihrem nächsten Punkt nur rund 500 Lichtjahre von der Sonne entfernt und füllt einen Großteil des Orionarms aus – unseres Heimatarms.

Der Weg unserer Sonne

Unsere Sonne liegt zurzeit am inneren Rand dieses kleinen Nebenarms der Milchstraße – rund 26.000 Lichtjahre vom galaktischen Zentrum entfernt. Doch das war nicht immer so, wie Forscher kürzlich herausfanden. Denn der Ort ihrer Geburt liegt rund 2.000 Lichtjahre näher am Milchstraßenzentrum als ihre heutige Position. Ähnlich wie viele andere ältere Sterne ist die Sonne im Laufe der Zeit nach außen gedriftet.

Und auch heute steht unsere Sonne nicht still, sondern umkreist zusammen mit allen anderen Sternen das Zentrum der Milchstraße. Für einen solchen Umlauf nötigt sie dabei rund 220 bis 240 Millionen Jahre. Dabei bewegt sich unser Stern in Wellen durch die Milchstraßen-Scheibe hindurch und kreuzt sie alle 30 bis 45 Millionen Jahre. Zurzeit befindet sich unsere Sonne auf dem aufsteigenden Ast eines ihrer Wellenbögen. Sie liegt dadurch rund 65 Lichtjahre oberhalb der Hauptebene.

Lange vermuteten Astronomen, dass diese Kreuzungen verstärkte Schwerkraftturbulenzen im Sonnensystem auslösen und dadurch zu periodisch vermehrten Einschlägen von Asteroiden und Kometen auf der Erde führen. Doch 2017 wiesen Forscher nach, dass es eine solche Periodizität wahrscheinlich nicht gibt.

Schon im sichtbaren Licht zeigt unsere Galaxie einige überraschende Eigenheiten. Noch bizarrer aber wird es, wenn man die Milchstraße im Röntgenlicht, in Gammastrahlen oder im Radiowellenbereich anschaut. Vor allem in ihrem Zentrum treten dann einige erstaunliche Strukturen zutage.

Die Fermi-Blasen und ihre Schornsteine

Den Anfang machte im Jahr 2010 eine überraschende Beobachtung mit dem Fermi-Gammastrahlen-Teleskop der NASA. Dieses detektierte im Milchstraßenzentrum zwei gigantische Blasen, die jeweils mehr als 25.000 Lichtjahre nach oben und unten aus der Galaxienebene herausragen. Folgestudien enthüllten, dass diese Fermi-Blasen von heißen und kalten Gasen erfüllt sind, die mit der enormen Geschwindigkeit von drei Millionen Kilometern pro Stunde nach außen rasen. Dabei geben sie energiereiche Gamma- und Röntgenstrahlung ab.

Anfang 2019 folgte die nächste Entdeckung: Zwischen diesen Fermi-Blasen und dem galaktischen Zentrum gibt es zwei gewaltige Schornsteine – 500 Lichtjahre lange Zylinder, die senkrecht auf dem Milchstraßenzentrum stehen und starke Röntgenstrahlung aussenden. Den Beobachtungsdaten zufolge enthalten diese Zylinder gasförmiges Plasma, das bis zu acht Millionen Kelvin heiß ist. Sie könnten damit eine Art Bindeglied zwischen dem galaktischen Zentrum und den Fermi-Blasen bilden. „Wir vermuten, dass diese Schornsteine eine Art Abgasventile für die im Zentrum der Galaxie freigesetzte Energie sind“, berichtet Mark Morris von der University of California in Los Angeles.

„Starkes, energiereiches Ereignis“

Aus ihren Beobachtungsdaten schließen die Astronomen, dass sowohl die Fermi-Blasen als auch die Schornsteine vor rund sechs bis neun Millionen Jahren entstanden sein müssen. „Es muss damals ein sehr starkes, energiereiches Ereignis gegeben haben“, sagt Rongmon Bordoloi vom Massachusetts Institute of Technology (MIT). Ein möglicher Auslöser dafür wäre eine Häufung von Supernovae massereicher Sterne in Milchstraßenzentrum. Ihre Explosionen könnten entsprechend große Mengen an Strahlung und Gasen freisetzen.

Für wahrscheinlicher aber halten die Forscher einen heftigen Ausbruch des zentralen Schwarzen Lochs unserer Galaxie, Sagittarius A*. „Dieser könnte durch den Sturz einer kalten Gaswolke in das Schwarze Loch ausgelöst worden sein“, so Bordoloi. Denn wenn solche Gaswolken oder Sterne dem Schwerkraftgiganten so nahe kommen, dass sie von ihm verschlungen werden, werden große Mengen an Energie in Form von Strahlung und Gasjets frei.

Ausbruch am Schwarzen Loch

Tatsächlich gibt es einige Hinweise darauf, dass Sagittarius A* in der Vergangenheit immer wieder Phasen starker Ausbrüche durchlebt hat. Eine solche Phase könnte auch eine weitere unsichtbare Struktur im Milchstraßenzentrum geschaffen haben: Zwei rund 450 Lichtjahre große Blasen aus Radiostrahlung, die wie die Fermi-Blasen senkrecht auf dem galaktischen Zentrum stehen – aber weit kleiner sind.

„Wir sehen hier möglicherweise eine weniger energiereiche Version des Prozesses, der auch die Fermi-Blasen und ihre Radiostrahlung schuf“, erklären die Forscher. „Wir sehen damit eine neue Manifestation der enormen Ausströme von Materie und Energie, die vom zentralen Schwarzen Loch ausgehen.“ Das letzte „Festmahl“ von Sagittarius A* liegt allerdings schon rund zwei Millionen Jahre zurück, seither ist es eher ruhig – bis auf einige kleinere „Snacks“.

Unsere Galaxie ist alles andere als harmlos: Sie hat eine „kriminelle“ Vergangenheit. Immer wieder hat die Milchstraße ihren galaktischen Nachbarn Sterne, Gaswolken und sogar ganze Trabantengalaxien gestohlen.

Gas und Sterne

Erste Indizien für diese Diebstähle entdeckten Astronomen Anfang 2017, als sie die Bewegungen einiger Sterne im Außenbereich der Milchstraße kartierten. Elf dieser Sterne erwiesen sich dabei als Ausreißer, deren Tempo und Richtung nicht zu der der normalen Sternenpopulation passten. Der Grund: Diese Sterne stammen nicht aus der Milchstraße, sondern aus benachbarten Zwerggalaxien. Offenbar hat die größere Schwerkraft unserer Galaxie sie aus ihrer ursprünglichen Heimat herausgezogen.

Diese „einnehmende“ Art der Milchstraße geht jedoch weit über einzelne Sterne hinaus, wie Forscher seither ermittelt haben. Im Laufe ihrer Geschichte hat die Milchstraße auch ganze Ströme aus Gas und Sternen von ihren Nachbarn übernommen. Zu dieser „Beute“ gehört unter anderem der „Leading Arm“ genannte Gasstrom, der ursprünglich zur Kleinen Magellanschen Wolke gehörte.

Galaxienklau unter Nachbarn

Sogar einige Zwerggalaxien der Milchstraße, darunter Fornax und Carina, haben sich als „eingemeindete“ Fremdlinge entpuppt. Astronomen vermuten, dass diese Trabanten unserer Heimatgalaxie ursprünglich im Halo der Großen Magellanschen Wolke kreisten, bevor die Milchstraße sie an sich zog. Dieser Galaxien-Diebstahl liegt wahrscheinlich weniger als eine Milliarde Jahre zurück, wie Forscher auf Basis astrophysikalischer Modelle ermittelten.

„Wenn so viele Zwerggalaxien erst kürzlich mit der Großen Magellanschen Wolke zu uns kamen, dann bedeutet dies auch, dass die Satellitenpopulation der Milchstraße noch vor einer Milliarde Jahren radikal anders aussah als heute“, erklärt Laura Sales von der University of California in Riverside.

Wir sind zur Hälfte extragalaktisch

Welches erstaunliche Ausmaß der intergalaktische Austausch von Sternen, Gasen und Galaxien erreichen kann, enthüllten Astronomen im Sommer 2017 mithilfe einer astrophysikalischen Simulation. Diese rekonstruierte die Prozesse, durch die Galaxien den gasförmigen Rohstoff für ihre Sternbildung erhalten. „Wir konnten so den Ursprung von Sternen zurückverfolgen und feststellen, ob sich der Stern aus Materie der Galaxie bildete oder ob er aus Gas aus einer anderen Galaxie entstand“, erklärt Daniel Angles-Alcazar von der Northwestern University.

Das überraschende Ergebnis: Unsere Milchstraße besteht etwa zur Hälfte aus extragalaktischem Material. Diese Atome stammen aus intergalaktischen Winden, die im Laufe von Millionen Jahren selbst die weiten Entfernungen zwischen Galaxien überbrücken können. „Damit bestehen auch wir zum großen Teil aus extragalaktischer Materie“, sagt Angles-Alcazar.

Unsere Heimatgalaxie erscheint heute relativ stabil und ruhig. Doch sie hat eine bewegte Geschichte hinter sich – und eine ebenso turbulente Zukunft. Denn ihre heutige Größe und Form bekam die Milchstraße erst durch katastrophale Kollisionen mit kleineren Nachbarn. Und in rund zwei Milliarden Jahren könnte ihr erneut eine solche Katastrophe bevorstehen.

Eine folgenschwere Kollision

Die schwerwiegendste Karambolage unserer Galaxie liegt acht bis zehn Milliarden Jahre zurück, wie Auswertungen von Sternenbewegungen nahelegen. Sie kollidierte damals mit einer benachbarten Zwerggalaxie, die rund zehn Milliarden Sonnenmassen an Sternen, Gas und Dunkler Materie in sich vereinte. Das ist zwar deutlich weniger als die rund 1,5 Billionen Sonnenmassen der heutigen Milchstraße, aber für eine Zwerggalaxie durchaus beachtlich.

Entsprechend dramatisch waren die Folgen: Die Zwerggalaxie pflügte durch die Sternenscheibe der Milchstraße und wurde dabei komplett zerrissen. Ihre Trümmer verteilten sich im gesamten Innenbereich unserer Galaxie und führten dort zur Bildung des aufgewölbten „Bulge“ aus Sternen, Gas und Staub. Ein weiterer Teil der Kollisionstrümmer schuf einen Großteil des stellaren Halo – zwei Drittel der Sterne in dieser weiten Außenschale unserer Galaxie könnte ursprünglich aus der Zwerggalaxie stammen. Astronomen vermuten, dass sich dort vielleicht sogar noch ein zweites massereiches Schwarzes Loch verbirgt, das einst zu dieser oder einer anderen verschluckten Zwerggalaxie gehörte.

Turbulente Zukunft

Doch es könnte sogar noch schlimmer kommen: Aktuellen Berechnungen zufolge könnte die Milchstraße schon in rund 2,4 Milliarden Jahren erneut eine katastrophale Kollision erleben – mit der Großen Magellanschen Wolke. Mit rund 160.000 Lichtjahren Entfernung ist sie unser nächster galaktischer Nachbar und nach der Andromedagalaxie eines der massereichsten Mitglieder unserer Lokalen Gruppe. Zwar bewegt sich die Große Magellansche Wolke zurzeit noch von uns weg, doch den Modellen zufolge wird sich ihre Richtung in rund einer Milliarde Jahren umkehren – mit neuem Kurs direkt auf uns zu.

Die Folge wäre eine Kollision beider Galaxien in 2,4 Milliarden Jahren. Durch diese wird die Große Magellansche Wolke vollkommen zerstört und die Milchstraße drastisch verändert, wie die Astronomen vorhersagen. Unter anderem führt der Einstrom großer Mengen an Gasen dazu, dass das bislang eher ruhige Schwarze Loch im Galaxienzentrum plötzlich aktiv wird. Es schleudert enorme Mengen an Strahlung und hyperschnellen Gasen ins All hinaus.

Spektakuläres Himmelsschauspiel

„Unsere Nachfahren könnten dann ein spektakuläres kosmisches Schauspiel erleben: ein Feuerwerk extrem heller Strahlenjets, die vom Zentrum unserer Galaxie ausgehen“, erklärt Carlos Frenk von der Durham University. Beruhigend jedoch: Für unsere Erde und das Leben auf ihr stünde durch diese Ausbrüche wahrscheinlich keine unmittelbare Gefahr. Auch das Risiko, dass unsere Sonne wie viele andere Sterne durch die Kollision aus ihrer Bahn geworfen und in den Halo geschleudert wird, schätzen die Astronomen als eher gering ein.

Dennoch wären die Veränderungen auch von der Erde aus unübersehbar: Sollte es in dieser fernen Zukunft noch Menschen auf der Erde geben, würde diese Kollision die von alters her bekannten Konstellationen am Nachthimmel völlig durcheinanderwirbeln und viele neue Sternbilder erschaffen. Unsere galaktische Heimat hätte sich auf immer verändert.