Für uns mag der Nachthimmel wie ein zufälliges Spritzen von Sternen aussehen, aber Astronomen erfahren, dass in einigen Regionen unserer Galaxie Sterne zu Merkmalen verklumpt sind, die denen auf der Erde ähneln - Bächen, Wellen, Bögen und Gebirgskämmen.
Die tektonische Aktivität schafft eine Vielzahl von Merkmalen der Erde, aber die Wissenschaftler sind sich nicht ganz sicher, was diese stellaren Nachahmer in der Milchstraße ausmacht. Jetzt suchen Forscher nach einem Schuldigen, einschließlich Kräften, die von außerhalb unserer Galaxie kommen. Der wahre Verdächtige könnte jedoch nur die Milchstraße selbst sein.
Wissenschaftler beschreiben die Milchstraße als eine vergitterte Spiralgalaxie - im Wesentlichen geformt wie ein Ei mit der Sonnenseite nach oben und einer Windradverteilung von Sternen. In kleinerem Maßstab verbirgt sich jedoch viel mehr Detail in dieser galaktischen Topographie.
Seit 2013 führt eine Mission der Europäischen Weltraumorganisation namens Gaia eine Volkszählung der Milchstraße durch, mit dem Ziel, mehr als 1 Milliarde Sterne zu katalogisieren. Mithilfe der im April 2018 veröffentlichten neuen Daten zur genauen Messung der Positionen und Bewegungen von Sternen für weitere 550 Millionen Objekte können Astronomen nun die Galaxie mit neuer Dimension erkunden.
Während diese galaktischen Erkundungen neues Terrain wie diese Grate und Bögen entdeckt haben, konnten Wissenschaftler die Entstehung von Sternstrukturen nicht vollständig erklären. Ein Team unter der Leitung von Astronomen an der Universität von Sydney, Australien, beschloss, einige der Merkmale, die sie in den Sternen sehen, in Computermodellen nachzubilden.
Die Forscher konzentrierten sich auf eine Reihe von acht Kämmen in der Milchstraße, die wie eine Bergkette nebeneinander gefaltet sind. Die Gaia-Daten zeigten, dass die Grate, die in der mittleren Schicht der Milchstraßenscheibe zusammengeschoben waren, jeweils Sammlungen einzigartiger Sterne aufwiesen, die ihre Gipfel besetzten. Mithilfe von Daten einer anderen Mission, die die Zusammensetzung von Sternen analysiert, stellten sie fest, dass alle Sterne Elementzusammensetzungen hatten, die denen der Sonne ähnlich waren. Da die Elementzusammensetzung auf das Alter der Sterne hinweisen kann, wurde ihnen gesagt, dass diese jungen Sterne nicht so stark verstreut waren wie ältere Sterne, was zum Verständnis der Bildung der Grate beiträgt.
Theorien darüber, wie solche Grate und andere Merkmale erzeugt werden, lassen sich in zwei Kategorien einteilen: interne und externe. Einige Theorien schlagen vor, dass interne Galaxienmechanismen der Schlüssel zur Bildung der galaktischen Geographie sind. Zum Beispiel können Gravitationswechselwirkungen Resonanzwellen erzeugen, die größere Materieklumpen aus kleineren erzeugen. Alternativ kann die Reibung zwischen den Sternen, Gasen und Staub in der Galaxie zur Entstehung dieser topografischen Merkmale führen, so wie sich Kleidung in einer Waschmaschine verheddert, wenn sie sich beim Reinigungsprozess aneinander vorbei bewegt. Andere Theorien gehen davon aus, dass sich ein äußeres Merkmal wie eine andere kleine Zwerggalaxie durch die Galaxie bewegt hat, und genau das hat die Sterne zerknittert. (Um sich diese Theorie vorzustellen, stellen Sie sich vor, Sie ziehen Ihre Füße, während Sie einen Teppich überqueren, wodurch er sich zusammenfaltet.)
Das Team verwendete Computersimulationen dieser internen und externen Prozesse, um festzustellen, ob die Verteilung der Sterne unter verschiedenen Bedingungen wiederhergestellt werden kann. Sie fanden heraus, dass die Grate durch einen internen Prozess, der als Phasenmischung bezeichnet wird, bei dem sich Gruppen von Sternen allmählich vermischen, wie Rum und Koks, die in einem Cocktail gerührt werden, aufgrund der zeitlichen Verwandlung der Spiralarme besser mit denen übereinstimmen, die in isolierten Regionen erzeugt wurden . Darüber hinaus deutete das Vorhandensein junger Sterne, die nicht so viel Zeit hatten, sich zu zerstreuen wie ältere Sterne, in den Kämmen darauf hin, dass eine nahegelegene Kraft die Quelle für die Merkmale war. In Simulationen von Regionen, die von einer vorbeiziehenden Galaxie durch Gravitation getroffen wurden, zeigten die Ergebnisse viel höhere Grate als die in der Milchstraße.
Die Höhe der Grate "könnte eine Möglichkeit sein, zwischen internen und externen Prozessen zu unterscheiden", sagte Shourya Khanna, Astronomin an der Universität von Sydney und Hauptautorin des neuen Papiers.
Es gibt jedoch noch einige Einschränkungen. Die Forscher müssen noch Gas in ihrer Simulation modellieren, was die Ergebnisse beeinflussen kann. Untersuchungen haben ergeben, dass eine nahe gelegene Galaxie einst die Milchstraße passiert hat. Es könnte diese Art der externen Wechselwirkung sein, die dazu neigt, Sterne zu erzeugen, während die internen Prozesse - wie die Phasenmischung - eher für Grate verantwortlich sind, so die Studie. Da noch viele Sterne zu katalogisieren sind, könnte Gaia den Astronomen noch mehr Hinweise auf die Kräfte geben, die die atemberaubende Geographie unserer Galaxie prägen.
"Die Region der Galaxie, in der wir derzeit viele Informationen haben, ist ziemlich nah an der Sonne, aber bevorstehende Gaia-Veröffentlichungen sollten die Größe der Region vergrößern", sagte Alice Quillen, Astronomin an der Universität von Rochester, die nicht an der beteiligt war Studie.
Die Wissenschaftler haben ihre Ergebnisse online im Preprint-Journal arXiv veröffentlicht und zur Veröffentlichung in der Zeitschrift Monthly Notices der Royal Astronomical Society eingereicht.
