Spannende neue Daten stellen unsere Sicht des galaktischen Bandes und der Sternenhaufen in der Milchstraße auf den Kopf
Galaxien sind komplexe Systeme, die von konkurrierenden physikalischen Prozessen beherrscht werden, die auf ganz unterschiedlichen Raum-, Zeit- und Energieskalen verlaufen. Große Beobachtungskampagnen wie die wichtigste Mission der ESA, Gaia, sowie bodengestützte spektroskopische Durchmusterungen dienen dazu, kinematische, chemische und altersbezogene Informationen für Milliarden Sterne zu sammeln. „Die Komplexität und Fülle der neu verfügbaren Daten stellt moderne Analysemethoden vor große Herausforderungen. Wir können bereits erahnen, wo aktuelle galaktische Modelle verbessert werden können, doch viele Details werden noch immer durch Selektionseffekte verschleiert, die bisher nicht umfassend beachtet werden konnten“, merkt Friedrich Anders an, Koordinator von GaiaSpectroSynergy, einem Projekt im Rahmen der Marie-Skłodowska-Curie-Maßnahme. Die Teammitglieder nutzten Synergien zwischen Gaias bisher größtem Sternenkatalog und ergänzenden Daten von spektroskopischen Durchmusterungen. Mit diesen schränkten sie galaktische Modelle ein und entwickelten fortschrittliche Instrumente für Forschende, mit denen die Forschung in diesem Bereich zukünftig um einiges einfacher werden könnte. Das Projekt hat mehrere Kataloge mit genauen photometrischen Eigenschaften sowie Angaben zu Alter, Entfernungen und Erlöschen von über 265 Millionen Sternen zusammengestellt und veröffentlicht.
Neue Perspektiven auf die galaktischen offenen Sternenhaufen
Bei der zweiten Veröffentlichung der Daten von Gaia im April 2018 wurde bereits klar, dass bisherige Kataloge über galaktische offene Sternenhaufen nicht nur unvollständig waren, sondern auch durch Sternengruppen verzerrt wurden. Diese Sternenansammlungen sehen Teilen von Sternenhaufen täuschend ähnlich. „Wir haben erfolgreich hunderte neuer offener Sternenhaufen entdeckt und einheitliche physikalische Parameter sowie genaue Altersangaben für über 1 800 von ihnen bestimmt. Die Studienergebnisse veränderten unsere Meinung der jüngsten chemo-dynamischen Geschichte der galaktischen Scheibe“, merkt Anders an. Das Team hat insbesondere aufgezeigt, dass bestimmte Kernbeobachtungen der galaktischen Scheibe überarbeitet werden müssen, zum Beispiel die Altersverteilung der Sternenhaufen. „Das hat Auswirkungen auf frühere Schätzungen zur Geschwindigkeit der Formation und Zerstörung von Sternenhaufen. Wir können behaupten, dass nur etwa 16 % aller Sterne in der Nachbarschaft der Sonne in Sternenhaufen entstehen“, fügt Anders hinzu. Den Schwerpunkt von einer getrennten Analyse von Feldsternen (zufällig verteilten Sternen, die Forschungsergebnisse verzerren) und offenen Sternenhaufen hin zu einem vernetzten Verständnis der Sternenevolution in der Milchstraße zu verlegen, wird eine zentrale Herausforderung für das nächste Jahrzehnt bleiben. „Die Veröffentlichung der Gaia-Daten 2018 führte zu einer rigorosen Überarbeitung der Erfassung galaktischer offener Sternenhaufen“, erklärt Anders.
Kartierung des Bandes der Milchstraße
Das Team kombinierte die Gaia-Daten der zweiten Veröffentlichung mit mehreren Infrarotuntersuchungen mithilfe eines Computer-Codes namens StarHorse. Der Code vergleicht die Beobachtungen mit Sternenmodellen, um die Oberflächentemperatur, das Erlöschen und die Entfernungen des Sterns zu bestimmen. „Wir haben die Entfernungen von Millionen Sternen sehr genau bestimmen können – in manchen Fällen wurde die Genauigkeit (durch Multiwellenlängen-Daten) um bis zu 20 % erhöht“, sagt Anders. „Was eine rechnerische Katastrophe hätte werden können, hat tatsächlich sehr gut funktioniert: Unsere Ergebnisse verbesserten die Genauigkeit der zweiten veröffentlichten Gaia-Daten und zeigten das galaktische Band in den Gaia-Daten viel direkter als vorher.“ „Wir wissen seit Jahrzehnten, dass die Milchstraße ein Band hat, bisher jedoch nur aus indirekten Andeutungen der Sternenbewegungen und -gase oder von Sternenzählungen bei Infrarotuntersuchungen. Jetzt können wir zum ersten Mal das galaktische Band in 3D sehen, basierend auf geometrischen Messungen der Sternenentfernungen“, so Anders abschließend.
Schlüsselbegriffe
GaiaSpectroSynergy, Gaia, Stern, Milchstraße, offener Sternenhaufen, galaktisches Band, spektroskopische Durchmusterung, galaktische Scheibe, StarHorse
