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Neue Gaia-Daten zeichnen das bisher detaillierteste Bild der Milchstraße

1,6 Milliarden Sterne. 11,4 Millionen Galaxien. 158.000 Asteroiden.

Ein Raumschiff.

Das 2013 gestartete Weltraumobservatorium Gaia der Europäischen Weltraumorganisation hat sein Ziel, mehr als eine Milliarde Sterne in der Milchstraße zu kartieren, längst übertroffen (SN: 15.10.16). Am 13. Juni erweiterte die Mission diese Karte in neue Dimensionen und veröffentlichte detailliertere Messungen von Hunderten Millionen Sternen sowie – zum ersten Mal – Asteroiden, Galaxien und dem staubigen Medium zwischen Sternen.

„Plötzlich hat man eine Datenflut“, sagt Laurent Eyer, Astrophysiker an der Universität Genf, der jahrelang an Gaia gearbeitet hat. Für einige Themen in der Astronomie ersetzen die neuen Ergebnisse effektiv alle Beobachtungen, die zuvor gemacht wurden, sagt Eyer. „Die Daten sind besser. Es ist wunderbar.“

Daten in der neuen Umfrage, die von 2014 bis 2017 gesammelt wurden, führen bereits zu einigen Entdeckungen – einschließlich des Vorhandenseins überraschend massiver „Sternbeben“ auf den Oberflächen von Tausenden von Sternen (SN: 02.08.19). Aber vor allem ist die Veröffentlichung ein neues Werkzeug für Astronomen, eines, das ihnen dabei helfen wird, zu verstehen, wie Sterne, Planeten und ganze Galaxien entstehen und sich entwickeln.

Hier sind einige der langjährigen Rätsel, die die Daten lösen könnten.

Asteroiden-Mischmasch

Der Asteroidengürtel zwischen Mars und Jupiter ist ein historisches Durcheinander. Nachdem sich die Erde und andere Planeten gebildet hatten, zerschmetterten die übrig gebliebenen felsigen Bausteine ​​​​ineinander und hinterließen durcheinandergebrachte Fragmente. Aber wenn Wissenschaftler genug über einzelne Asteroiden wissen, können sie rekonstruieren, wann und woher sie kamen (SN: 13.4.19). Und das kann einen Einblick in die frühesten Tage des Sonnensystems geben.

Unter Verwendung neuer Gaia-Daten zeichneten Astronomen die Positionen von 156.000 Asteroiden vom 13. Juni 2022 auf. Die Spuren zeigen ihre Umlaufbahnen der letzten 10 Tage, und die Farben markieren verschiedene Gruppen von Asteroiden basierend auf ihrer Position (blau, inneres Sonnensystem; grün, der Haupt-Asteroidengürtel zwischen Mars und Jupiter; orange, die trojanischen Asteroiden in der Nähe von Jupiter).DPAC/Gaia/ESA, CC BY-SA 3.0 IGO

Gaias riesiger neuer Datensatz könnte helfen, dieses Rätsel zu lösen, sagt Federica Spoto, eine Astrophysikerin am Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics in Cambridge, Massachusetts. Er enthält Daten über die chemische Zusammensetzung von über 60.000 Asteroiden – sechsmal mehr, als Forscher solche Details hatten bevor Sie andere Tools verwenden. Diese Informationen können für die Rückverfolgung von Asteroiden zu ihren erschütternden Ursprüngen von entscheidender Bedeutung sein.

„Man kann in der Zeit zurückgehen und versuchen, die gesamte Entstehung und Entwicklung des Sonnensystems zu verstehen“, sagt Spoto, ein Mitarbeiter von Gaia.Das ist etwas Großes, an das wir vor Gaia nicht einmal denken konnten.“

Asteroiden sind jedoch nicht nur Teile der Vergangenheit; sie sind auch gefährlich. Die neuen Daten könnten Asteroiden enthüllen, die von der Erde aus so gut wie unmöglich zu erkennen sind, weil sie zu nahe an der Sonne kreisen, sagt Thomas Burbine, ein Planetenwissenschaftler am Mount Holyoke College in South Hadley, Mass., der nicht an der Mission beteiligt ist (SN: 15.02.20). Da diese Asteroiden ursprünglich von weiter draußen gekommen wären (z. B. aus dem Asteroidengürtel), können sie uns über die Felsen informieren, die an der Erde vorbeiziehen und uns möglicherweise treffen können. „Wir werden unsere Nachbarschaft besser kennen“, sagt Burbine.

Mit einem Stern ausgehen

Es ist notorisch schwierig, das Alter von Sternen zu messen (SN: 23.07.21). „Unsicherheiten von mehr als einer Milliarde Jahren sind nicht ungewöhnlich“, sagt Alessandro Savino, Astrophysiker an der University of California, Berkeley, der nicht an Gaia beteiligt ist. Im Gegensatz zu Helligkeit oder Standort ist das Alter nicht direkt sichtbar. Astronomen müssen sich auf Theorien über die Entwicklung von Sternen verlassen, um das Alter anhand dessen, was sie messen können, vorherzusagen.

Wenn frühere Versionen der Gaia-Umfrage wie ein Foto von Sternen waren, ist die neue Version wie die Umstellung des Fotos von Schwarzweiß auf Farbe. Es bietet einen tieferen Einblick in Hunderte Millionen Sterne, indem es ihre Temperatur, Schwerkraft und Chemie misst. „Man stellt sich den Stern als diesen Punkt im Weltraum vor, aber dann haben sie so viele Eigenschaften“, sagt Spoto. „Das ist es, was Gaia dir gibt.“

Obwohl diese Art von Messungen alles andere als neu ist, wurden sie in der Milchstraße noch nie in einem solchen Umfang gesammelt. Diese Daten könnten einen besseren Einblick in die Entwicklung von Sternen geben. „Wir können die Auflösung unserer Uhren verbessern“, sagt Savino.

Milchstraßen-Snacks

Obwohl es unveränderlich erscheinen mag, frisst die Milchstraße tatsächlich eine stetige Diät kleinerer Galaxien – sie ist gerade dabei, eine zu essen. Aber seit Jahrzehnten stehen Vorhersagen darüber, wann und wie diese kosmischen Verschmelzungen stattfinden, im Widerspruch zu Beweisen aus unserer Galaxie, sagt Bertrand Goldman, ein Astrophysiker an der International Space University in Straßburg, Frankreich, der nicht an der Veröffentlichung der Gaia-Daten beteiligt ist. „Das war lange umstritten“, sagt Goldman, „aber ich denke, dass Gaia sicherlich Licht ins Dunkel bringen wird.“

Der Schlüssel liegt darin, verschiedene Strukturen in der Milchstraße auseinandernehmen und sehen zu können, wie alt sie sind (SN: 1.10.20). Gaias neueste Veröffentlichung hilft auf zweierlei Weise: Durch die Kartierung der Chemie von Sternen und durch die Messung ihrer Bewegung. Frühere Versionen der Umfrage beschrieben, wie sich Millionen von Sternen bewegten, jedoch hauptsächlich in zwei Dimensionen. Der neue Katalog vervierfacht die Anzahl der Sterne mit vollständiger 3D-Flugbahn von 7 Millionen auf 33 Millionen.

Das hat Auswirkungen über unsere Nachbarschaft hinaus. Der größte Teil der Masse des Universums ist in Galaxien wie der Milchstraße enthalten, sodass das Wissen, wie unsere eigene Galaxie funktioniert, einen großen Beitrag zum Verständnis des Weltraums in den größten Maßstäben leistet. Und je mehr Wissenschaftler die Teile von Galaxien verstehen, die sie sehen können, desto mehr können sie über dunkle Materie lernen, die mysteriöse Substanz, die Schwerkraft ausübt, aber nicht mit Licht interagiert (SN: 25.06.21).

Während Astronomen diesen neuesten Datensatz abbauen, blicken sie bereits auf zukünftige Schatzsuchen voraus. Die nächste Runde ist Jahre entfernt, aber es wird erwartet, dass sie die Entdeckung von Tausenden von Exoplaneten ermöglicht, seltene Messungen von Schwarzen Löchern liefert und Astronomen dabei hilft, zu messen, wie schnell sich das Universum ausdehnt. Das liegt zum Teil daran, dass Gaia darauf ausgelegt ist, die Bewegung von Objekten im Raum zu verfolgen, und das wird mit zunehmender Zeit einfacher. Gaias Beobachtungen können also nur noch mächtiger werden. „Wie guter Wein altern sie sehr, sehr gut“, sagt Savino.

Autoren: Asa Stahl von Sciencenews

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