Der Milchstraße fehlt etwas Dunkle Materie: Wissenschaftler waren verblüfft, als sie feststellten, dass unsere Galaxie ein Fünftel so schwer ist wie bisher angenommen

Astronomen rätseln, nachdem neue Forschungsergebnisse ergeben haben, dass unsere Galaxie tatsächlich ein Fünftel so schwer sein könnte wie bisher angenommen.

Dies scheint darauf hinzudeuten, dass der Milchstraße etwas Dunkle Materie fehlt – die unsichtbare Substanz, die etwa 85 Prozent der gesamten Masse im Universum ausmacht.

Anhand von Daten des Gaia-Teleskops, das eine Karte von 1,8 Milliarden Sternen in der Milchstraße erstellte, schätzten Forscher die Gesamtmasse unserer Galaxie auf nur 200 Milliarden Mal so viel wie die Sonne.

Das ist etwa vier- bis fünfmal weniger als bisherige Schätzungen, die auf 890 Milliarden bis etwas mehr als eine Billion Sonnenmassen geschätzt wurden.

Bisher wurde auch angenommen, dass dunkle Materie mindestens sechsmal häufiger vorkommt als gewöhnliche Materie.

Entdeckung: Astronomen rätseln, nachdem neue Forschungsergebnisse ergeben haben, dass unsere Galaxie tatsächlich ein Fünftel so schwer sein könnte wie bisher angenommen. Sie nutzten Daten des Gaia-Teleskops, das eine Karte von 1,8 Milliarden Sternen in der Milchstraße erstellte (Bild).

Die Daten: Es zeigte sich, dass sich die Kurve der Milchstraße von der anderer großer Spiralgalaxien unterscheidet, weil sie nicht flach ist. Stattdessen wurde festgestellt, dass Sterne 50.000 Lichtjahre von seinem Zentrum entfernt langsamer umkreisen als erwartet, wie man es von einem sogenannten Kepler-Untergang erwarten würde (im Bild).

Eine große Untersuchung von Gaswolken hilft Astronomen bei der Untersuchung der Milchstraße

Eine groß angelegte Untersuchung der inneren Galaxie ergab eine Vielzahl von Strukturen im Inneren der Milchstraße.

Wissenschaftler der Universität Cardiff und 50 anderen Institutionen auf der ganzen Welt haben die neue 3D-Vermessung der inneren Milchstraße erstellt.

Die Wolkenkarte wird Astronomen bei der Erforschung der Galaxie helfen

Mit dem Namen SEDIGISM (Structure, Excitation and Dynamics of the Inner Galactic Interstellar Medium) wird es Astronomen ermöglichen, die Grenzen dessen, was wir über die Struktur unserer eigenen Galaxie wissen, zu erweitern.

Dr. Ana Duarte Cabral von der Universität Cardiff sagte, dies liefere einen Katalog von 10.000 Wolken aus molekularem Gas.

Dies wird es Wissenschaftlern ermöglichen, genau zu untersuchen, wie sich die Spiralstruktur der Galaxie auf den Lebenszyklus von Wolken, ihre Eigenschaften und letztendlich auf die Sternentstehung in ihnen auswirkt.

„Das Spannendste an dieser Durchmusterung ist, dass sie wirklich dazu beitragen kann, die globale galaktische Struktur der Milchstraße zu bestimmen und eine erstaunliche 3D-Ansicht der inneren Galaxie zu liefern“, sagte sie.

Der Katalog wurde durch Messung des seltenen Isotops des Kohlenmonoxidmoleküls, 13CO, mit dem äußerst empfindlichen 12-Meter-Teleskop Atacama Pathfinder Experiment in Chile erstellt.

Die neue Studie legt jedoch nahe, dass letztere tatsächlich bis zu einem Drittel aller Materie ausmachen könnte, da die meisten Astronomen der Meinung sind, dass sie der Masse von etwa 600 Millionen Sonnen entspricht.

Aufgrund dieser großen Diskrepanz raten Wissenschaftler zur Vorsicht bei diesem Ergebnis, da es „im Widerspruch zu vielen früheren Studien“ steht.

„Wenn unsere Galaxie wirklich so wenig Masse hat, wie diese Arbeit vermuten lässt, müsste man erklären, warum frühere Arbeiten, die auf unterschiedlichen Techniken basierten, alle zu einer höheren Zahl kamen“, sagte Professor Andrew Pontzen vom University College London der Times.

Die Entdeckung könnte tiefgreifende Auswirkungen auf das Verständnis der 13 Milliarden Jahre alten Geschichte unserer Galaxie haben, da sie darauf hindeuten könnte, dass die Milchstraße weniger Kollisionen mit anderen Galaxien erlitten hat als einige ihrer Gegenstücke.

Die absolute Obergrenze der Masse der Milchstraße liegt nach Angaben des internationalen Astronomenteams unter der Leitung des Pariser Observatoriums bei 540 Milliarden.

Studienautor Dr. François Hammer vom Pariser Observatorium sagte, die Forscher seien von ihren Ergebnissen „sehr überrascht“.

Sie erklärte, wie Astronomen die Masse unserer Galaxie berechnen konnten, indem sie sich die sogenannte Rotationskurve ansahen.

Im Wesentlichen handelt es sich bei der Milchstraße um eine sich drehende Spirale aus 100 bis 400 Milliarden Sternen, von der Wissenschaftler glauben, dass sie in einem Halo aus dunkler Materie eingeschlossen ist.

Die Gaia-Daten machen daher nur einen Bruchteil der Gesamtzahl der Sterne aus, reichen aber aus, um eine genaue Rotationskurve zu berechnen.

Es zeigte sich, dass sich die Kurve der Milchstraße von der anderer großer Spiralgalaxien unterscheidet, weil sie nicht flach ist.

In den 1970er Jahren war einer der größten Durchbrüche in der modernen Astronomie, dass die Rotationsgeschwindigkeiten anderer großer Galaxien viel schneller waren, als man von einem sogenannten Kepler-Untergang erwarten würde.

Hier beginnen die Sterngeschwindigkeiten gemäß den Keplerschen Gesetzen abzufallen, da sich fast die gesamte Masse der Galaxie näher am galaktischen Zentrum befindet.

Die Entdeckung führte zu der Theorie, dass große Spiralgalaxien von Halos aus dunkler Materie umgeben sein müssen.

Stargazer: Der 2013 gestartete Gaia-Satellit arbeitet am sogenannten Lagrange-2-Punkt (L2), einem gravitativ stabilen Punkt im Sonne-Erde-System, und misst die Position und Helligkeit von Sternen sowie deren Helligkeit und Farbe

Faszinierender Einblick: Ein weiteres Projekt, das eine frühe Veröffentlichung von Gaia-Daten nutzt, umfasst eine Karte, die die Bewegung der Sterne in unserer unmittelbaren Sternumgebung zeigt – also etwa 300 Lichtjahre von der Erde entfernt. Sie werden als weiße Streifen auf der Galaxienebene dargestellt

Bei der Milchstraße beginnt die Rotationskurve jedoch am Rande der Galaxienscheibe rapide abzunehmen.

Es wurde festgestellt, dass Sterne 50.000 Lichtjahre von seinem Zentrum entfernt langsamer umkreisen als erwartet, was darauf hindeutet, dass ein Teil der Schwerkraft der Dunklen Materie fehlt.

Die Forscher sagten, ihre Ergebnisse seien „ziemlich außergewöhnlich“ und erklärten, dass die Rotationskurve der Milchstraße „auf die außergewöhnlich ruhige Geschichte unserer Galaxie zurückzuführen sein könnte“.

Ihre letzte große Verschmelzung fand vor etwa neun Milliarden Jahren statt, verglichen mit dem Durchschnitt von sechs Milliarden Jahren bei anderen Spiralgalaxien.

Die neue Studie wird in der Zeitschrift Astronomy & Astrophysics veröffentlicht.

Was ist die GAIA-Sonde der Europäischen Weltraumorganisation und wofür ist sie konzipiert?

Gaia ist eine ehrgeizige Mission, die darauf abzielt, eine dreidimensionale Karte unserer Galaxie, der Milchstraße, zu erstellen und dabei deren Zusammensetzung, Entstehung und Entwicklung aufzudecken.

Seit seinem Start durch die Europäische Weltraumorganisation (ESA) im Dezember 2013 umkreist Gaia die Sonne fast eine Million Meilen jenseits der Erdumlaufbahn.

Auf ihrer Reise hat die Sonde diskret Bilder der Milchstraße gemacht und Sterne aus kleineren Galaxien identifiziert, die vor langer Zeit von unserer Galaxie verschluckt wurden.

Es wird erwartet, dass Gaia Zehntausende bisher unentdeckte Objekte entdeckt, darunter Asteroiden, die eines Tages die Erde bedrohen könnten, Planeten, die um Sterne kreisen, und explodierende Supernovae.

Künstlerische Darstellung von Gaia, die die Sterne der Milchstraße kartiert. Gaia kartiert die Position der Sterne der Milchstraße auf verschiedene Arten. Es bestimmt die Position der Sterne, aber die Sonde kann auch ihre Bewegung aufzeichnen, indem sie jeden Stern etwa 70 Mal scannt

Astrophysiker hoffen auch, mehr über die Verteilung der Dunklen Materie zu erfahren, der unsichtbaren Substanz, von der angenommen wird, dass sie das beobachtbare Universum zusammenhält.

Außerdem wollen sie Albert Einsteins allgemeine Relativitätstheorie testen, indem sie beobachten, wie Licht von der Sonne und ihren Planeten abgelenkt wird.

Die Milliarden-Pixel-Kamera des Satelliten, die größte, die jemals im Weltraum war, ist so leistungsstark, dass sie den Durchmesser eines menschlichen Haares in einer Entfernung von 621 Meilen (1.000 km) messen könnte.

Dies bedeutet, dass nahegelegene Sterne mit beispielloser Genauigkeit geortet werden konnten.

Gaia kartiert die Position der Sterne der Milchstraße auf verschiedene Arten.

Gaias Gesamthimmelsansicht unserer Milchstraße und benachbarter Galaxien, basierend auf Messungen von fast 1,7 Milliarden Sternen. Die Karte zeigt die Gesamthelligkeit und -farbe der vom ESA-Satelliten beobachteten Sterne in jedem Teil des Himmels zwischen Juli 2014 und Mai 2016. Hellere Regionen weisen auf eine dichtere Konzentration besonders heller Sterne hin, während dunklere Regionen Himmelsbereiche mit weniger hellen Sternen darstellen Sterne werden beobachtet. Die Farbdarstellung wird durch die Kombination der Gesamtlichtmenge mit der von Gaia in jedem Himmelsfleck aufgezeichneten Menge an blauem und rotem Licht erhalten.

Es bestimmt die Position der Sterne, aber die Sonde kann auch ihre Bewegung aufzeichnen, indem sie jeden Stern etwa 70 Mal scannt.

Dies ermöglicht es Wissenschaftlern, den Abstand zwischen der Erde und jedem Stern zu berechnen, was ein entscheidendes Maß ist.

Im September 2016 veröffentlichte die ESA die ersten von Gaia gesammelten Daten, die Informationen über die Helligkeit und Position von über einer Milliarde Sternen enthielten.

Im April 2018 wurde dies auf hochpräzise Messungen von fast 1,7 Milliarden Sternen ausgeweitet.