1,7 Milliarden Sterne sollen helfen, die Größe des Alls zu messen

Die neuen Daten der ESA-Raumsonde Gaia helfen Astronomen dabei, zahlreiche Fragen über die Vergangenheit und Zukunft des Universums zu klären.Montag, 30. April 2018

Die Mission der ESA-Raumsonde Gaia hat den bisher umfangreichsten Sternkatalog hervorgebracht.
Die Mission der ESA-Raumsonde Gaia hat den bisher umfangreichsten Sternkatalog hervorgebracht.
bild ESA, Gaia, DPAC

Die Raumsonde Gaia der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) hat mehr als eine Milliarde funkelnder Sterne, die während der Drehungen der Erde und der gesamten Milchstraße träge über unseren Nachthimmel ziehen, in einer neuen 3D-Karte festgehalten. Am 25. April veröffentlichten Wissenschaftler einen umfangreichen Datenkatalog, der aus dem ambitionierten Projekt hervorging – bereits die zweite geballte Ladung an Informationen. Darin finden sich detaillierte Informationen über die Wanderbewegungen von fast 1,7 Milliarden Sternen. Sieben Millionen davon wurden mit außerordentlicher Präzision festgehalten.

„Wir haben 20 Jahre lang auf diese Veröffentlichung gewartet“, sagt Amina Helmi vom Astronomischen Institut Kapteyn der Reichsuniversität Groningen.

Dabei klingt es auf Anhieb nicht gerade nach einer schwierigen Aufgabe, die genaue Position der Sterne am Himmel festzustellen – schließlich beschäftigt sich die Menschheit damit schon seit Zeiten vor der Schriftsprache. Aber das ist nicht alles, was Gaia tut. Die Raumsonde führt zusätzlich extrem genaue Messungen der Entfernung dieser Sterne durch und stellt Astronomen damit eine regelrechte Schatzkiste an Informationen zur Verfügung. Am FlatIron Institute in New York City finden sich bereits diverse Forscher ein, um die Datensätze zu durchkämmen und wichtige Details zu entdecken, die einige grundlegende Fragen über unser Universum beantworten könnten. Schon jetzt warten mehr als ein Dutzend wissenschaftlicher Abhandlungen auf ihre Veröffentlichung im Fachmagazin „Astronomy & Astrophysics“.

Zu den möglichen Erkenntnissen, die aus Gaias Daten gewonnen werden können, zählt das Wissen darum, wie die Milchstraße ihre heutige Form angenommen hat, wie schnell sich das Universum ausdehnt, wie verbreitet große Planeten sind, ob es Hinweise auf außerirdische Technologien gibt und wie sich etwa 14.000 der Asteroiden in unserem Sonnensystem verhalten.

FERNE STERNE

Die Raumsonde wurde 2013 gestartet und hat seither ein eindrucksvolles Multitasking hingelegt, mit dem bisher kein anderes Teleskop mithalten kann. Eine von Gaias Aufgaben besteht darin, die Bewegungen der Sterne zu vermessen. Mit diesen Daten können Astronomen dann über geometrische Berechnungen herausfinden, wie weit entfernt sie sind (der Trick besteht darin, diese Bewegungen mit einem ausreichenden Maß an Präzision zu messen, was die Berechnungen ermöglicht – und dazu ist Gaia in der Lage). Die aktuellen Daten enthalten präzise 3D-Bewegungen von sieben Millionen Sternen und zusätzlich zweidimensionale Bewegungen von 1,4 Milliarden Sternen am Himmel. Der letzte Datensatz soll den Plänen des Teams zufolge 2020 veröffentlicht werden und auch Informationen über die charakteristischen chemischen Signaturen dieser Sterne enthalten.

DIE MILCHSTRASSE DER VERGANGENHEIT

Wie bereits erwähnt werden Gaias Daten unser Wissen über Sterne, Planeten und unsere Galaxie beträchtlich vertiefen. Besonders im Bereich der galaktischen Archäologie lassen sich dann womöglich Antworten auf faszinierende Fragen finden. In diesem wissenschaftlichen Feld werden die Bewegungen und Eigenschaften von Sternen genutzt, um die Evolutionsgeschichte unserer Galaxie zu rekonstruieren.

„Die Bewegungen der Sterne enthalten Erinnerungen an ihren Ursprung“, erklärt Helmi und verweist darauf, dass jene Sterne, die sich zusammen durch das All bewegen, eine gemeinsame Vergangenheit haben. Durch die Verfolgung der Bahnen solcher Sterngruppen können Wissenschaftler gewissermaßen die Zeit zurückdrehen und herausfinden, wann und wie oft es zu Kollisionen von Sternen kam, die Galaxien formten.

Helmi und ihre Kollegen werden sich insbesondere den Sternen im Halo der Galaxie widmen, zu denen auch Zwerggalaxien, sogenannte Stellar Streams und andere Überreste kosmischer Anhäufungen gehören. Außerdem weisen die Bewegungen dieser Sterne auf die Gegenwart und Dichte Dunkler Materie hin – der unsichtbaren Substanz, die sich wohl überall im Universum befindet, aber bisher nicht auf direktem Wege aufgespürt werden kann.

„Wir können sie also zusammen mit den Kugelsternhaufen, Zwerggalaxien und Streams benutzen, um herauszufinden, wie die Dunkle Materie im Weltall verteilt ist“, sagt sie.

BIS ZUR UNENDLICHKEIT ...

Gaias Daten können uns aber nicht nur mehr über unsere eigene Galaxie verraten, sondern Wissenschaftlern auch dabei helfen zu berechnen, wie schnell unser Universum auseinanderdriftet. Wir wissen seit den Neunzigern, dass die Expansionsrate zunimmt, aber genaue Zahlen liegen bisher nicht vor. Gaia wird den Forschern dabei helfen, die sogenannte Hubble-Konstante zu konkretisieren, welche die Expansionsrate des Universums beschreibt. Mit einem aussagekräftigen Satz an kosmischen Entfernungsmarkern können die Wissenschaftler die dafür nötigen Distanzen ausmessen. Für unser lokales Universum sind diese Entfernungsmarker die Cepheiden, die streng periodische Helligkeitsschwankungen aufweisen. Indem Astronomen die sichtbare Helligkeit weit entfernter Cepheiden mit ihrer erwarteten Helligkeit vergleichen, können sie herausfinden, wie weit entfernt sie sich befinden.

Bislang haben Astronomen diese Entfernungen mithilfe von Daten von zehn gut untersuchten Sternen in der Milchstraße mit langen Schwankungsperioden gemessen. Gaia hat die Anzahl dieser Sterne nun auf 50 erhöht, was bedeutet, dass die Teams ihre Entfernungsmessungen lokaler Galaxien signifikant verbessern können. Im Anschluss können sie die Cepheiden nutzen, um die nächste Stufe der Entfernungsleiter anzugehen, die auf einer bestimmten Gruppe von Supernovae vom Typ Ia abhängt, die noch in Milliarden Lichtjahren Entfernung sichtbar sind.

„Der Schlüsselfaktor, bei dessen Realisierung uns Gaia behilflich sein wird, ist die Feststellung der tatsächlichen Helligkeit der Cepheiden“, sagt David Jones von der Universität von Kalifornien in Santa Cruz.  „Da wir dann Cepheiden und Supernovae vom Typ Ia kalibrieren können, erhalten wir dann präzise Entfernungen für einen Großteil des beobachtbaren Universums.“

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