Wissenschaft

Die Milchstraße - süchtig nach neuen Sternen

Unsere Galaxie erstreckt sich über 120.000 Lichtjahre und hat Hunderte Milliarden Sterne. Modernste Teleskope ermöglichen den Astronomen nun neue Erkenntnisse. Etwa über ein riesiges Schwarzes Loch, das Staub und Planeten verschluckt.

Von Ken Croswell

Bescheidenheit zu zeigen könnte uns – den Bewohnern der Milchstraße – schwerfallen, sollten wir ein­mal mit Außerirdischen aus anderen Sternen­nebeln ins Gespräch kommen. Denn unsere Galaxis ist heller und gewaltiger als die meisten anderen. Die für das Auge sichtbare Scheibe unserer Milchstraße misst von einem Ende zum anderen 120.000 Lichtjahre. Um sie herum liegt noch eine Hülle aus Wasserstoffgas, die nur mit Radioteleskopen nachweisbar ist. Dutzende klei­nerer Galaxien umschwirren unsere Milchstraße wie Monde einen Planeten.

Unsere Sternenheimat hat mindestens einen Planeten mit intelligentem Leben vorzuweisen: die Erde . Riesengalaxien bringen nämlich große Mengen an Eisen, Sauerstoff, Silizium, Magne­sium und anderen Elementen hervor. Diese Stoffe, die von den vielen Sternen der Milchstraße erzeugt werden, sind die notwendigen Bausteine erdähnlicher Planeten. Und unent­behrliche Bestandteile des Lebens (wie wir es kennen): Man denke etwa an den Sauerstoff, den wir atmen, das Kalzium in unseren Knochen, das Eisen in unserem Blut.

Wenn in einer kleineren Galaxis ein Stern explodiert, schießen diese Elemente ungebremst in den Weltraum und gehen in der Weite verlo­ren. In der Milchstraße dagegen kollidieren die Teilchen mit interstellarem Gas und Staub. Sie werden zudem vom starken Gravitationsfeld der Galaxis festgehalten und so weit abgebremst, dass sich Gaswolken mit den Zutaten für neue Sternen- und Planetengenerationen anreichern können. Genau das geschah vor 4,6 Milliarden Jahren, als Sonne und Erde aus einem heute ver­schwundenen interstellaren Nebel entstanden. Ähnliches könnte sich auch in der einen Nach­bargalaxis abgespielt haben, die größer ist als unsere: im Andromedanebel.

Über dessen Gestalt wissen wir übrigens mehr als über die Milchstraße, denn den Andromedanebel sehen wir von weit draußen, während wir unsere eigene Galaxis von innen heraus erkunden müssen. Gerade in den ver­gangenen zehn Jahren haben Astronomen aller­dings viele neue Erkenntnisse über unsere kos­mische Heimat gewonnen. Ganz besonders über das große Schwarze Loch in ihrer Mitte.

Alle Sterne der Milchstraße kreisen um die­ses Schwarze Loch, dem Astronomen den Namen „Sagittarius A*“ gegeben haben (kurz „Sgr A*“, ausgesprochen „Sagittarius A-Stern“). Unsere Sonne ist 27.000 Lichtjahre davon ent­fernt, und sie braucht für einen einzigen Um­lauf 230 Millionen Jahre. Doch mehr als 100.000 Sterne schwärmen in einem Umkreis von nur einem Lichtjahr um das Schwarze Loch. Man­che von ihnen rasen in weniger als einem Erdenjahr einmal komplett herum. Aus ihren Bahnen kann man errechnen, dass „Sgr A*“ vier Millionen Mal massereicher ist als unsere Sonne. Hin und wieder schluckt das Schwarze Loch einen herumirrenden Planeten oder gleich einen ganzen Stern. Dabei wird ein sol­ches Opfer so stark aufgeheizt, dass es einen Schwall von Röntgenstrahlen ausstößt. Diese bringen Gaswolken in der Nähe zum Leuchten. Im Jahr 2004 berichteten Wissenschaftler beispielsweise über ein Röntgenstrahlenecho in einer Gaswolke, die rund 350 Lichtjahre vom Schwarzen Loch entfernt ist. Da sich Rönt­genstrahlen mit Lichtgeschwindigkeit ausbrei­ten, ist offenbar irgendein Objekt 350 Jahre zuvor in das Schwarze Loch gestürzt – vermut­lich ein Himmelskörper von der Masse eines kleinen Planeten. Das lässt sich aus der Inten­sität der Röntgenstrahlen ableiten.

Aber das Schwarze Loch zieht nicht nur an, es schleudert auch fort. 2005 informierten Astronomen die Öffentlichkeit über einen un­gewöhnlich schnellen, rund 200.000 Lichtjahre vom Zentrum der Galaxis entfernten Stern. Warren Brown vom Harvard-Smithsonian-Zentrum für Astrophysik hatte den Schnellläufer im Sternbild Hydra entdeckt: Er rast mit 709 Kilometern pro Sekunde (!) – das sind rund 2,5 Millionen Kilometer pro Stunde – aus dem Kern der Milchstraße hinaus. Mit diesem Tempo wird er die Schwerkraft der Galaxis überwinden und irgendwann in den leeren Raum sausen.

Das es so etwas geben könnte, hatte schon 1988 der Astronom Jack Hills in einem Fachartikel beschrieben: Wenn zwei Sterne, die einander umkreisen – ein sogenannter Doppelstern –, „Sgr A*“ zu nahe kommen, könnte einer der bei­den auf das Schwarze Loch zustürzen und es auf einer engen Umlaufbahn umkreisen. Dabei wür­de er sehr viel Energie abgeben. Den geltenden Gesetzen der Physik entsprechend, kann Energie aber nicht verloren gehen. Sie würde vielmehr dem zweiten Stern einen entsprechenden Schub geben, der ihn mit ungeheurer Geschwindigkeit fortschleudert. Browns Entdeckung hat knapp 20 Jahre später Hills Voraussage bestätigt.

Rund um das Schwarze Loch herrscht das Inferno – aber ein fruchtbares. Hier rücken die Sterne dicht zusammen, hier gibt es die größte Konzentration von Leben spendenden Elemen­ten. Noch in der Nähe unserer Sonne – auf hal­bem Weg zwischen Schwarzem Loch und dem Rand der Milchstraße – sind viele junge Sterne von Staub umgeben, aus dem Planeten hervor­gehen können. An den Rändern unserer Galaxis sind die Aussichten dafür viel schlechter.

2009 berichtete die Astronomin Chikako Ka­sui, die am Nationalen Observatorium in Japan arbeitet, über 111 junge Sterne in einem Außen­bezirk der Milchstraße. Die neuen Sonnen sind erst eine halbe Million Jahre alt – nach stellaren Zeitmaßstäben noch Säuglinge –, und sie sind arm an schweren Elementen. Die meisten haben ihre Gas- und Staubscheiben, die andere junge Sterne umgeben, bereits verloren. Ohne Staub aber keine Planeten, ohne Planeten kein Leben. «Life is grim on the galactic rim», kommentierte der Experte Ian O’Neill diese Entdeckung («Das Leben ist hart am galaktischen Rand»).

Noch ärmer an Sauerstoff und Eisen sind viele Sterne, die im Halo – dem gaserfüllten äußeren Ring unserer Milchstraße – stehen, oft ober- und unterhalb der Äquatorebene. Sie sind schon sehr alt; daher konnten sie auch nicht von der Pro­duktion schwerer Elemente durch frühere Ster­nengenerationen profitieren. Ein typischer Stern im Halo hat nur drei Prozent des Eisengehalts unserer Sonne. Diese Sterne liefern Einblicke in die Entstehung der Galaxis selbst.

Schon als Jungwissenschaftlerin suchte Anna Frebel an der Staatlichen Universität von Australien nach isoliert stehenden Sternen im Halo unserer Milchstraße. «Wenn ich sie untersuche, werde ich in die Vergangenheit blicken können», sagte die Kosmologin, die heute am Harvard-Smithsonian-Zentrum für Astrophysik forscht. Im Jahr 2005 entdeckte sie schließlich im Stern­bild der Waage einen Stern im Halo, dessen Eisengehalt nur ein Tausendstel von dem unse­rer Sonne beträgt. Das ist selbst nach den üblichen Verhältnissen da draußen wenig und deutet darauf hin, dass er ganz, ganz früh ent­standen ist. Möglicherweise als Folgeprodukt einer einzigen Supernova, die, als sie explodierte, kaum Eisen von sich gab, dafür aber viele radio­aktive Elemente wie Thorium und Uran.

Für Frebel wurde diese Sonne im wahrsten Sinne des Wortes zum Glücksstern. Da radio­aktive Elemente mit konstanter Geschwindigkeit zerfallen, konnte sie anhand der Restmenge, die sie in dem Stern maß, sein Alter schätzen: rund 13,2 Milliarden Jahre. Diese Zahl stimmt mit dem Alter überein, das Kollegen für den Halo mit einer anderen Methode ermittelt hatten: mit der Analyse von Kugelsternhaufen. Das sind Ansammlungen sehr alter Sterne, in denen kurz­lebigere Sonnen bereits verloschen sind.

13,2 Milliarden Jahre – das bedeutet, dass die Milchstraße kaum jünger ist als das Universum selbst: rund 13,7 Milliarden Jahre. Unsere Galaxis, deren Sterne die Entstehung der Erde – und des Lebens darauf – ermöglichten, ist also ein Produkt vom Anfang der Zeit.

(NG, Heft 12 / 2010, Seite(n) 146 bis 153)

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