Quelle: ESA 13. Juni 2022.

13. Juni 2022 – Gaia ist die Mission der ESA zur Erstellung der genauesten und vollständigsten multidimensionalen Karte der Milchstraße. Dadurch können die Astronom*innen die Struktur und vergangene Entwicklung unserer Heimatgalaxie über Milliarden von Jahren nachvollziehen sowie den Lebenszyklus von Sternen und unseren Platz im Universum besser verstehen.

Was ist neu in der Datenfreigabe 3?
Die Datenfreigabe 3 von Gaia enthält neue und verbesserte Details für fast zwei Milliarden Sterne in unserer Galaxie. Der Katalog enthält neue Daten, wie z. B. chemische Zusammensetzungen, Sterntemperaturen, Farben, Massen, Alter und die Geschwindigkeit, mit der sich Sterne auf uns zu oder von uns weg bewegen (Radialgeschwindigkeit). Ein Großteil dieser Informationen wird durch die erstmals veröffentlichten Spektroskopie-Daten von Gaia bereitgestellt, für die das Sternenlicht in seine einzelnen Farben aufgespalten wird (wie bei einem Regenbogen). Die Daten enthalten auch spezielle Untergruppen von Sternen, z. B. jene, deren Helligkeit sich mit der Zeit ändert.

Dieser Datensatz enthält auch den bisher größten Katalog von Doppelsternen, Tausende von Objekten des Sonnensystems wie Asteroiden und Monde von Planeten sowie Millionen von Galaxien und Quasaren außerhalb der Milchstraße.

Sternenbeben
Zu den überraschendsten Entdeckungen in den neuen Daten gehört, dass Gaia Sternenbeben – winzige Bewegungen auf der Oberfläche eines Sterns – nachweisen kann, die die Form der Sterne verändern. Das Observatorium wurde eigentlich nicht dafür gebaut.

Gaia hat bereits zuvor radiale Schwingungen gefunden, die Sterne regelmäßig anschwellen und schrumpfen lassen, während sie ihre kugelförmige Gestalt beibehalten. Allerdings hat Gaia jetzt auch andere Schwingungen entdeckt, die eher wie große Tsunamis wirken. Diese nicht-radialen Schwingungen verändern lediglich die globale Form eines Sterns und sind daher nicht so leicht zu erkennen.

Gaia hat bei Tausenden von Sternen starke nicht-radiale Sternenbeben entdeckt. Gaia hat außerdem derartige Schwingungen in Sternen aufgedeckt, bei denen diese bisher nur selten zu sehen waren. Nach den derzeitigen Theorien sollten diese Sterne keine Beben haben, aber Gaia hat sie an ihrer Oberfläche entdeckt.

„Sternenbeben lehren uns eine Menge über die Sterne, insbesondere über ihr Innenleben. Gaia ist eine Goldgrube für die ‚Asteroseismologie‘ massereicher Sterne“, sagt Conny Aerts von der KU Leuven in Belgien, die Mitglied des Gaia-Konsortiums ist.

Die DNA der Sterne
Die Zusammensetzung der Sterne kann uns etwas über ihren Entstehungsort und ihre anschließende Reise und damit über die Geschichte der Milchstraße verraten. Mit den heute veröffentlichten Daten enthüllt Gaia die größte chemische Karte der Galaxie, die mit 3D-Bewegungen von der Umgebung unserer Sonne bis hin zu kleineren Galaxien in unserer Nähe gekoppelt ist.

Einige Sterne enthalten mehr „Schwermetalle“ als andere. Während des Urknalls bildeten sich nur leichte Elemente (Wasserstoff und Helium). Alle anderen schwereren Elemente, die von Astronom*innen „Metalle“ genannt werden, entstehen im Inneren von Sternen. Wenn Sterne sterben, werden diese Metalle in das Gas und den Staub zwischen den Sternen, das sogenannte interstellare Medium, freigesetzt, aus dem dann neue Sterne entstehen. Durch das aktive Entstehen und Sterben von Sternen entsteht eine metallreichere Umgebung. Die chemische Zusammensetzung eines Sterns ist somit eine Art DNA, die uns wertvolle Informationen über seine Herkunft liefert.

Dank Gaia wissen wir, dass einige Sterne in unserer Galaxie aus primordialem Material bestehen, während andere wie unsere Sonne aus einer Materie bestehen, die von früheren Generationen von Sternen angereichert wurde. Die dem Zentrum und der Ebene unserer Galaxie näher gelegenen Sterne sind reicher an Metallen als Sterne in größerer Entfernung. Gaia hat außerdem anhand ihrer chemischen Zusammensetzung Sterne identifiziert, die ursprünglich aus anderen Galaxien als unserer stammen.

„Unsere Galaxie ist ein wunderschöner Schmelztiegel von Sternen“, sagt Alejandra Recio-Blanco vom Observatoire de la Côte d’Azur in Frankreich, die Mitglied von des Gaia-Konsortiums ist.

„Diese Vielfalt ist extrem wichtig, denn sie verrät uns die Geschichte der Entstehung unserer Galaxie. Sie offenbart die Migrationsprozesse innerhalb unserer Galaxie und die Akkretion aus externen Galaxien. Dies zeigt auch deutlich, dass unsere Sonne und wir alle Teil eines sich ständig verändernden Systems sind, das durch die Zusammenführung von Sternen und Gas unterschiedlicher Herkunft entstanden ist.“

Doppelsterne, Asteroiden, Quasare und mehr
Mehrere heute veröffentlichte Arbeiten spiegeln die ganze Fülle und Tiefe des Entdeckungspotenzials von Gaia wider. Ein neuer Katalog von Doppelsternen gibt Aufschluss über die Masse und die Entwicklung von mehr als 800.000 Doppelsternsystemen, während eine neue Asteroidenstudie, die 156.000 felsige Körper umfasst, den Ursprung unseres Sonnensystems näher beleuchtet. Gaia enthüllt auch Informationen über 10 Millionen veränderliche Sterne, geheimnisvolle Makromoleküle zwischen den Sternen sowie Quasare und Galaxien außerhalb unserer eigenen kosmischen Nachbarschaft.

„Anders als bei anderen Missionen, die auf bestimmte Objekte abzielen, handelt es sich bei der Mission Gaia um eine Durchmusterungsmission. Das bedeutet, dass Gaia bei der mehrfachen Durchmusterung des gesamten Himmels mit Milliarden von Sternen zwangsläufig Entdeckungen machen wird, die anderen, spezielleren Missionen entgehen würden. Das ist eine ihrer Stärken, und wir sind gespannt darauf, dass die Astronomiegemeinschaft unsere neuen Daten genau unter die Lupe nimmt, um noch mehr über unsere Galaxie und ihre Umgebung zu erfahren, als wir uns vorstellen konnten“, sagt Timo Prusti, Projektwissenschaftler für Gaia bei der ESA.

Gaia Data Release 3 Papers (Englisch)
https://www.cosmos.esa.int/web/gaia/dr3-papers

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• GAIA

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Quelle: AIP.

29. März 2022 – Die Große Magellansche Wolke ist von der südlichen Hemisphäre aus mit bloßem Auge sichtbar, da sie die hellste und massereichste Satellitengalaxie der Milchstraße ist. Die Große Magellansche Wolke ist reich an Sternen, die eine große Altersspanne abdecken, von neu entstehenden Sternen bis zu Sternen, die so alt sind wie das Universum. Sie wird als irreguläre Galaxie eingestuft, weil sie durch einen einzelnen Spiralarm und einen vom Zentrum der Scheibe abgesetzten Balken gekennzeichnet ist.

„Stellare Balkenstrukturen sind ein häufiges Merkmal von Spiralgalaxien. Man nimmt an, dass sie durch kleine Störungen innerhalb der stellaren Scheibe entstehen, die die Sterne aus ihrer Kreisbewegung herauslenken und sie auf langgestreckte Bahnen zwingen“, erklärt Dr. Florian Niederhofer, Erstautor der jetzt veröffentlichten Studie. „Eine besondere Art dieser Bahnen sind jene, die mit der Hauptachse des Balkens ausgerichtet sind. Diese gelten als das ‚Rückgrat‘ der Sternbalken und bilden die Hauptstütze der Balkenstruktur.“ Das VISTA-Teleskop wurde entwickelt, um den südlichen Himmel im nahen Infrarot zu durchmustern und Quellen zu untersuchen, die aufgrund ihrer Beschaffenheit oder der Anwesenheit von Staub bevorzugt in diesem Spektralbereich emittieren. Anhand von VMC-Daten hat das Team nun erstmals diese Bahnen innerhalb des Balkens der Großen Magellansche Wolke nachgewiesen. VMC ist eine Multi-Epochen-Durchmusterung des Systems der Magellanschen Wolken und ein öffentliches Durchmusterungsprojekt der Europäischen Südsternwarte (ESO), das zwischen 2010 und 2018 durchgeführt wurde und darauf abzielt, den stellaren Inhalt und die Dynamik unserer nächsten extragalaktischen Nachbarn zu untersuchen.

Das Team entwickelte eine ausgeklügelte Methode zur genauen Bestimmung der Eigenbewegungen von Sternpopulationen innerhalb der Magellanschen Wolken. In einer jetzt in Monthly Notices of the Royal Astronomical Society veröffentlichten Studie wendete es diese Methode auf zentrale Teile der Großen Magellansche Wolke an. Aus den gemessenen Werten berechneten die Autorinnen und Autoren die tatsächlichen Sternbewegungen innerhalb der Großen Magellansche Wolke und erstellten detaillierte Geschwindigkeitskarten der internen Geschwindigkeitsstruktur der Galaxie. „Die erstaunliche Detailgenauigkeit der Geschwindigkeitskarten zeigt, wie sehr sich unsere Methode im Vergleich zu früheren Messungen vor einigen Jahren verbessert hat“, sagt Thomas Schmidt, Mitautor und Doktorand am AIP. Zum Erstaunen der Forschenden enthüllten ihre Karten langgestreckte Sternbewegungen, die der Struktur und Ausrichtung des Balkens folgen.

„Dank ihrer geringen Entfernung von etwa 163.000 Lichtjahren können wir mit bodengebundenen Teleskopen wie VISTA einzelne Sterne innerhalb der Magellanschen Wolken beobachten“, sagt Prof. Dr. Maria-Rosa Cioni, die Leiterin des VMC-Projekts und der Abteilung Zwerggalaxien und der galaktische Halo am AIP. „Damit bieten uns diese Galaxien ein einzigartiges Labor, in dem wir die Prozesse, die Galaxien formen und bilden, im Detail untersuchen können.“ Von großem Interesse ist die Dynamik der Sterne, da sie wertvolle Informationen über die Entstehung und Entwicklung der Galaxien liefern. Lange Zeit waren jedoch die eindimensionalen Geschwindigkeiten der Sterne entlang der Sichtlinie die einzige Quelle für dynamische Informationen. Diese Geschwindigkeiten können leicht durch spektroskopische Dopplerverschiebungen gemessen werden, die auf dem Effekt beruhen, dass das beobachtete Licht eines Sterns blauer oder röter erscheint, je nachdem, ob er sich uns nähert oder von uns wegbewegt. Um die vollständigen dreidimensionalen Geschwindigkeiten der Sterne zu erhalten, muss man die Eigenbewegungen der Sterne kennen, d. h. die scheinbaren zweidimensionalen Bewegungen der Sterne in der Himmelsebene. Diese Bewegungen können durch mehrfache Beobachtung derselben Sterne über einen bestimmten Zeitraum, in der Regel mehrere Jahre, ermittelt werden. Die Verschiebungen der Sterne werden dann in Bezug auf nahe gelegene Referenzobjekte bestimmt. Bei diesen Objekten kann es sich z. B. um sehr weit entfernte Hintergrundgalaxien handeln, von denen man aufgrund ihrer großen Entfernung annehmen kann, dass sie sich in Ruhe befinden, oder um Sterne mit bereits bekannten Eigenbewegungen.

Da die beobachteten Bewegungen der Sterne von der Erde aus gesehen winzig sind, sind präzise Messungen immer noch eine Herausforderung. In der Entfernung der Magellanschen Wolken liegen die beobachteten Bewegungen der Sterne in der Größenordnung von Millibogensekunden pro Jahr – eine Millibogensekunde entspricht etwa der Größe einer Astronautin auf dem Mond, von der Erde aus gesehen.

„Unsere Entdeckung ist ein wichtiger Beitrag zur Untersuchung der dynamischen Eigenschaften von Balkengalaxien, da die Magellanschen Wolken derzeit die einzigen Galaxien sind, in denen wir solche Bewegungen mit Hilfe der stellaren Eigenbewegungen untersuchen können. Für weiter entfernte Galaxien liegt dies noch jenseits unserer technischen Möglichkeiten“, sagt Florian Niederhofer. Insgesamt wurden 9 Jahre lang Beobachtungen durchgeführt, um genügend Bilder zu sammeln, um diese winzigen Bewegungen messen zu können. „Diese unerwartete Messung ergänzt eine ganze Reihe von bedeutenden Ergebnissen, die das VMC-Team erzielt hat“, fügt Maria-Rosa Cioni stolz hinzu.

Originalveröffentlichung
The VMC survey – XLVI. Stellar proper motions in the centre of the Large Magellanic Cloud. F. Niederhofer, M.-R. L. Cioni, T. Schmidt, K. Bekki, R. de Grijs, V. D. Ivanov, J. M. Oliveira, V. Ripepi, S. Subramanian, J. Th. Van Loon. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
Paper bei MNRAS: The VMC survey – XLVI. Stellar proper motions in the centre of the Large Magellanic Cloud
Paper auf arXiv: https://arxiv.org/abs/2203.14369

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• Magellansche Wolken

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