Ein Ereignis, das sich vor 11 Milliarden Jahren ereignete, könnte die Struktur der Milchstraße verändert haben

Die Milchstraße weist eine komplexe Struktur auf, die sich aus verschiedenen Komponenten zusammensetzt. Ihre galaktische Scheibe enthält einen Großteil der jungen Sterne, des Gases und der Sternentstehungsgebiete, die in Spiralarmen angeordnet sind. Im Zentrum der Galaxie befindet sich ein Sternenbulge, der das supermassereiche Schwarze Loch Sgr A* umgibt. Um die Scheibe und den Bulge herum erstreckt sich der galaktische Halo, der aus alten Sternen, Kugelsternhaufen und dunkler Materie besteht. Das Sonnensystem befindet sich innerhalb der Scheibe und umkreist das galaktische Zentrum in einer Entfernung von etwa 27.000 Lichtjahren.

Um zu verstehen, wie die Milchstraße ihre heutige Struktur erlangte, ist es notwendig, ihre Entwicklungsgeschichte und vergangene Gravitationswechselwirkungen zu rekonstruieren. Während der Entstehung der Galaxie trugen Kollisionen und Verschmelzungen mit kleineren Galaxien dazu bei, Sterne, Gas und Drehimpuls neu zu verteilen. Diese Wechselwirkungen können die Sternscheibe erwärmen, ihre Rotation verändern und sogar Strukturen zerstören. Eines der Hauptziele galaktischer Modelle ist es, zu verstehen, wie die dünne Scheibe der Milchstraße ihre heute beobachtete abgeflachte Form und Rotation erlangen konnte.

Kürzlich führten Astronomen numerische Simulationen durch und verglichen diese mit Beobachtungsdaten, um zu untersuchen, wie sich die Struktur der Milchstraße im Laufe der Zeit entwickelt hat. Die Modelle analysierten die Auswirkungen früherer galaktischer Kollisionen auf Sternscheiben, die der unserer Galaxie ähneln. Die Ergebnisse zeigen, dass die Milchstraße vor etwa 11 Milliarden Jahren möglicherweise eine bedeutende Kollision erlebt hat. Der Studie zufolge könnte dieses Ereignis eine frühere galaktische Scheibe zerstört haben, was später zur Entstehung der heutigen Scheibe führte.

Aufbau der Milchstraße

Die Milchstraße ist eine Balkenspiralgalaxie, die sich aus verschiedenen stellaren und gravitativen Strukturen zusammensetzt, die sich über mehrere Skalen hinweg organisieren. In ihrem zentralen Bereich befindet sich der galaktische Bulge, der eine hohe Konzentration älterer Sterne aufweist, die das supermassereiche Schwarze Loch Sgr A* umgeben. Um diese Struktur herum erstreckt sich die galaktische Scheibe, in der sich Spiralarme befinden, die reich an interstellarem Gas und Staub sind und aktive Sternentstehungsgebiete beherbergen.

Diese gesamte Struktur ist in einen Halo eingebettet, der gravitativ von dunkler Materie dominiert wird. Der galaktische Halo der Milchstraße ist ein annähernd kugelförmiger Bereich, der die gesamte Galaxie umgibt und alte Sterne sowie Kugelsternhaufen enthält. Im Gegensatz zur Scheibe haben die Sterne im Halo geneigte Umlaufbahnen und sind weniger geordnet verteilt. Die Milchstraße ist zudem von einem viel größeren Halo aus dunkler Materie umgeben, der für einen Großteil ihrer Gravitationsmasse verantwortlich ist.

Galaktische Scheibe

Das bekannteste und am besten in Erinnerung gebliebene Gebilde ist jedoch die Scheibe der Milchstraße, eine abgeflachte Struktur aus Sternen, Gas und Staub. Sie entstand durch den gravitativen Kollaps des Urgases zu Beginn der Entwicklung der Galaxie, wobei ein Teil des Drehimpulses des ursprünglichen Systems erhalten blieb. Innerhalb der Scheibe bildeten sich Spiralarme sowie Regionen intensiver Sternentstehung und dynamische Strukturen, die mit der gravitativen Entwicklung der Galaxie in Zusammenhang stehen.

Eine der größten Fragen im Zusammenhang mit der galaktischen Scheibe betrifft die Erklärung der beobachteten Geschwindigkeiten der Sterne. Würde man allein die sichtbare Materie berücksichtigen, müssten weiter entfernte Sterne langsamer umkreisen, doch die Beobachtungen zeigen deutlich höhere Geschwindigkeiten als erwartet. Dieses Verhalten ist einer der wichtigsten Hinweise auf das Vorhandensein von dunkler Materie, die die Galaxie in einem unsichtbaren Gravitationshalo umgibt. Darüber hinaus gibt es noch immer Fragen dazu, wie es der Scheibe gelungen ist, ihre relativ stabile Struktur beizubehalten.

Unfall in der Vergangenheit

Die Milchstraße hat sich wahrscheinlich nicht isoliert entwickelt, sondern stand während ihres gesamten Bestehens unter dem Einfluss gravitativer Wechselwirkungen. Seit Jahrzehnten vermuten Astronomen, dass Kollisionen mit kleineren Galaxien die heute beobachtete Struktur geprägt haben. Diese Hypothese wurde 2018 durch Daten der Gaia-Mission untermauert, die Sterne mit ungewöhnlichen Bewegungsmustern im galaktischen Halo entdeckte. Die Umlaufbahnen dieser Sterne deuten darauf hin, dass sie aus einer kleineren Galaxie stammen, die vor etwa 10 Milliarden Jahren von der Milchstraße verschlungen wurde.

Dieses Ereignis wurde als „Gaia-Sausage-Enceladus-Fusion“ bekannt. Die Kollision hat wahrscheinlich Sterne, Gas und Drehimpuls über weite Teile der Galaxie verteilt. Neue Studien, die auf Simulationen basieren, untersuchten, wie sich galaktische Scheiben nach Kollisionen dieser Art bilden und entwickeln. Die Ergebnisse zeigen, dass sich die heute beobachtete Scheibe möglicherweise gebildet hat, nachdem sich die Galaxie dynamisch von einer Kollision erholt hatte, die sich vor etwa 11 Milliarden Jahren ereignete.

Starburst

Die Simulationen deuten zudem darauf hin, dass diese Kollision mit einem plötzlichen Anstieg der Entstehung von Sternhaufen und neuen Sternen innerhalb der Galaxie einherging. Bei galaktischen Kollisionen werden große Mengen interstellaren Gases durch die Schwerkraft komprimiert, wodurch die Gasdichte in bestimmten Regionen zunimmt und der Kollaps von Molekülwolken begünstigt wird. Infolgedessen steigt die Sternentstehungsrate innerhalb eines relativ kurzen Zeitraums rapide an.

Die Modelle des Gaia-Sausage-Enceladus-Ereignisses deuten darauf hin, dass die Kollision einen Sternentstehungsschub in der frühen Milchstraße ausgelöst hat. Das zeitliche Zusammentreffen der galaktischen Verschmelzung mit der Zunahme von Sternhaufen liefert neue Belege für den Einfluss solcher Kollisionen auf die Entwicklung der Galaxie. Den Forschern zufolge ist dies das erste Mal, dass dieser Zusammenhang zwischen dem Gaia-Sausage-Enceladus-Ereignis und dem Sternentstehungsschub nachgewiesen wurde.

Quellenhinweis:

Orkney and Laporte 2026 Build-up and survival of the disc: from numerical models of galaxy formation to the Milky Way Monthly Notices of the Royal Astronomical Society