Chile: Bislang beste 3D-Karte vom zentralen Bulge der Milchstraße

Zwei Gruppen von Astronomen, eine davon vom Max-Planck-Institut für Extraterrestrische Physik in Garching, haben mit Daten von ESO-Teleskopen die bisher beste dreidimensionale Karte des Zentralbereichs unserer Milchstraße erstellt. Dabei stellten die Wissenschaftler fest, dass die inneren Regionen aus bestimmten Blickwinkeln X-förmig oder wie eine Erdnuss aussehen. Diese seltsame Struktur wurde mit öffentlich zugänglichen Daten vom VISTA-Durchmusterungsteleskop der ESO in Kombination mit Messungen der Bewegungen von Hunderten besonders leuchtschwacher Sterne im zentralen Bulge kartiert.

Einer der wichtigsten und massereichsten Teile unserer Heimatgalaxie ist der sogenannte Bulge, eine zentrale Verdickung der Milchstraße. Diese riesige, zentrale Wolke aus etwa 10 Milliarden Sternen hat einen Durchmesser von Tausenden von Lichtjahren. Bislang jedoch war es nicht gelungen ihre Struktur und ihren Ursprung nachzuvollziehen. Unglücklicherweise ist die Sicht von unserem Standort in der galaktischen Scheibe auf diese zentrale Region – in einer Entfernung von etwa 27.000 Lichtjahren – durch dichte Gas- und Staubwolken stark eingeschränkt. Astronomen können nur dann einen guten Blick auf den Bulge bekommen, indem sie bei längeren Wellenlängen beobachten, zum Beispiel im Infrarotlicht, das Staubwolken durchdringen kann.

Frühere Beobachtungen im Rahmen der 2MASS Infrarot-Himmelsdurchmusterung hatten bereits angedeutet, dass der Bulge eine rätselhafte X-förmige Struktur besitzen könnte. Nun haben zwei Forschergruppen anhand neuer Beobachtungen von mehreren ESO-Teleskopen einen viel klareren Blick auf die Struktur des Bulge bekommen.

Die erste Gruppe vom Max-Planck-Institut für Extraterrestische Physik (MPE) in Garching, hat die VVV-Nahinfrarot-Durchmusterung des VISTA-Teleskops am Paranal-Observatorium der ESO in Chile (eso1101, eso1128, eso1141, eso1242 und eso1309) verwendet. Diese neue, öffentlich zugängliche Durchmusterung kann dreißig Mal leuchtschwächere Sterne detektieren als frühere Bulge-Durchmusterungen. Das Astronomenteam hat insgesamt 22 Millionen Sterne identifiziert, die zu einer Unterklasse der Roten Riesen gehören und deren wohlbekannte Eigenschaften es erlauben, ihre Entfernungen zu bestimmen .

„Die Tiefe des VISTA-Sternkatalogs übersteigt bei Weitem vorhergehende Arbeiten. Wir können fast überall ganze Populationen dieser Sterne nachweisen, nur die am stärksten verdunkelten Regionen bleiben uns verborgen”, erklärt Christopher Wegg vom MPE, Erstautor des ersten Fachartikels. „Aus dieser Sternverteilung können wir dann eine dreidimensionale Karte des galaktischen Bulges erstellen. Es ist das erste Mal, dass solch eine Karte ohne die Annahme eines Models für die Form des Bulges erstellt werden konnte.”

„Wir haben festgestellt, dass die innere Region unserer Galaxie von der Seite wie eine Erdnuss eingehüllt in ihre Schale aussieht, von oben dagegen wie ein langgezogener Balken”, ergänzt Ortwin Gerhard, Koautor des ersten Fachartikels und Leiter der Dynamik-Arbeitsgruppe am MPE. „Es ist das erste Mal, dass wir dies deutlich in unserer eigenen Milchstraße sehen können, und die Simulationen aus unserer Gruppe und von anderen zeigen, dass diese Form für eine Balkenspirale recht charakteristisch ist.”

Das zweite internationale Team unter der Leitung des chilenischen Doktoranden Sergio Vásquez von der Pontificia Universidad Católica de Chile und von der ESO in Santiago de Chile hat eine andere Herangehensweise gewählt, um die Struktur des Bulge zu ermitteln. Durch den Vergleich von Bildern, die im Abstand von elf Jahren mit dem MPG/ESO 2,2-Meter-Teleskop aufgenommen wurden, konnten sie die winzigen Verschiebungen messen, die durch die Bewegungen der Sterne im Bulge über den Himmel verursacht werden. Kombiniert mit Messungen der Bewegungen derselben Sterne zur Erde hin oder von ihr weg, ließen sich die Bewegungen von mehr als 300 Sternen in drei Dimensionen kartieren .

„Es ist das erste Mal, dass man eine so große Anzahl an Geschwindigkeiten in drei Dimensionen für einzelne Sterne von beiden Seiten des Bulges ermitteln konnte”, fasst Vásquez zusammen. „Die Sterne, die wir beobachtet haben, scheinen entlang der Arme eines X-förmigen Bulges zu wandern, während ihre Umlaufbahnen sie auf und ab und dabei sogar aus der Ebene der Milchstraße heraus führen. Das alles passt sehr gut zu den Vorhersagen aktueller Modelle!”

Astronomen gehen davon aus, dass die Milchstraße Anfangs eine reine Scheibe aus Sternen war, die vor Milliarden von Jahren einen flachen Balken gebildet haben. Dessen innerer Teil hat sich anschließend gewölbt und die dreidimensionale, erdnussförmige Gestalt angenommen, die in den neuen Beobachtungen zu sehen ist.