Hipparcos enthüllt Veränderung in der Gestalt der Milchstraße

News: Hipparcos enthüllt Veränderung in der Gestalt der Milchstraße

Die mit dem Sternvermessungssatelliten Hipparcos der Europäischen Weltraumorganisation ESA gewonnenen Positionsdaten außergewöhnlicher Präzision zeigen, daß sich ferne Sterne in unerwartete Richtungen bewegen. Ihr merkwürdiges Verhalten könnte bedeuten, daß die Gestalt der Milchstraße sich ändert. Eine Gruppe von Astronomen aus dem Osservatorio Astronomico di Torino und der University of Oxford gab diese Entdeckung in der am 2. April 1998 erschienenen Ausgabe von Nature bekannt.

Unsere Heimatgalaxie, die Milchstraße, ist im großen und ganzen eine flache Scheibe, die in der Mitte eine Verdickung aufweist. Als Bewohner der Scheibe sehen wir sie von der Seite her als leuchtendes Band am Nachthimmel, das der Galaxis den Namen gibt und auf die in der Scheibe liegenden Milliarden ferner Sterne zurückzuführen ist. Die Astronomen wissen seit vielen Jahren, daß die Scheibe leicht verformt ist. Sie sind nun überrascht, daß sich ferne Sterne in eine Richtung bewegen, die – wenn sie konstant bleibt – die verformte Gestalt verändern wird.

Richard Smart vom Osservatorio Astronomico di Torino, der Hauptautor des Artikels in Nature, berichtet: "Unsere Ergebnisse überraschten uns, doch sind wir angesichts der außerordentlichen Genauigkeit von Hipparcos überzeugt, daß ferne Sterne den Kurs geändert haben. Wüßten wir warum, verstünden wir das Wirken der unsichtbaren Schwerkraft in unserer und anderen Galaxien sehr viel besser."

Der Satellit Hipparcos hat die Position und Eigenbewegung ferner Sterne weit genauer vermessen, als dies je der Fall war. Noch bevor die ESA im vergangenen Jahr die Hipparcos- und Tycho-Kataloge mit 118 000 bzw. einer Million Sterne veröffentlichte, hatten die Astronomen in Turin und Oxford Zugang zu den Präzisionsdaten des Hipparcos-Katalogs.

Sie entnahmen dem Katalog die Positionen und Eigenbewegungen von 2 422 stark leuchtenden blauen Sternen, die sich etwa über eine Himmelshälfte verteilen, wobei sie Sterne auswählten, die ihren Berechnungen zufolge über 1 600 Lichtjahre entfernt in den Randzonen der Milchstraße liegen.

Wie Milliarden anderer Sterne, die die Scheibe unserer Milchstraße bevölkern, bewegt sich die Sonne langsam auf einer Bahn um den Mittelpunkt der Galaxie, die sie in 220 Millionen Jahren einmal durchläuft. Innerhalb der Sonnenbahn sehen die Astronomen keine Krümmung in der Scheibe der Milchstraße. Weiter außen in der Richtung zum Sternbild Schwan liegende Sterne befinden sich aber nördlich, also oberhalb der Sonnenbahnebene, während in der Gegenrichtung die Sterne in der Vela-Konstellation nach Süden verschoben sind, d.h. unterhalb der Position liegen, die man erwarten könnte, wenn die Milchstraße völlig flach wäre.

Die Hipparcos-Daten wurden von der Astronomengruppe zunächst dazu verwendet, die genaue Gestalt der verformten Scheibe unserer Milchstraße zu ermitteln. Vor Hipparcos deuteten die Beobachtungen von Sternpositionen darauf hin, daß die Verformung außerhalb der Sonnenbahn begann und eine allgemeine Aufwärts- und Abwärtskrümmung aufwies.

Die mit Hipparcos angestellten Präzisionsmessungen zeigen, daß die Verformung innerhalb der Sonnenbahn beginnt und die vom Zentrum entfernteren Teile der Scheibe stärker verwunden sind als die näheren Teile. Die Scheibe besitzt also eine wie ein Hutrand elegant geschwungene Form.

Wäre diese Form der geschwungenen Scheibe von Dauer, würden die Astronomen erwarten, daß die Sterne entsprechenden Bahnen folgen. Das heißt, daß sich die im Sternbild Stier zwischen Vela und Schwan liegenden äußeren Sterne auf einer aufsteigenden Bahn bewegen müßten, um die gegenwärtig hoch im Schwan stehenden Sterne abzulösen. In der Annahme, daß die Krümmung fortbesteht, läßt sich die entsprechende Bahn für jeden Stern berechnen.

Bevor sie die berechneten Bewegungen mit den Hipparcos-Messungen genau vergleichen konnten, mußten Richard Smart und seine Kollegen die Vertikalbewegung der Sonne selbst berücksichtigen. Wie zahlreiche Sterne führt die Sonne bei ihrem Umlauf um das galaktische Zentrum ständige Auf- und Abwärtsbewegungen aus. Die Hipparcos-Daten zeigen, daß die Sonne bezogen auf die Scheibe der Milchstraße gegenwärtig mit einer Geschwindigkeit von sieben km/s aufsteigt.

Da auch die außenliegenden Sterne ein ständiges Auf und Ab erkennen lassen, muß ihre durchschnittliche Vertikalbewegung mit statistischen Methoden ermittelt werden. Danach müßten sich die rund 6 000 Lichtjahre entfernt in der Richtung zum Sternbild Stier liegenden Sterne gegenwärtig bezogen auf die Sonnenbahn mit etwa acht km/s nach Norden bewegen. Die Astronomen aus Turin und Oxford kamen aber zu dem erstaunlichen Schluß, daß sich die Sterne in dieser Entfernung gegenwärtig mit durchschnittlich sieben km/s nach Süden bewegen.

Sie können also die jetzt im Schwan stehenden Sterne der Milchstraße nicht ablösen. Vielmehr bewegen sie sich auf Positionen zu, die im Verhältnis zur Scheibe der Milchstraße nach Süden verschoben sind – sofern nicht eine andere Störung sie zu einem neuerlichen Kurswechsel zwingt.

Die Milchstraße ist nicht die einzige Galaxie, deren Scheibe gekrümmt ist. Rund die Hälfte aller scheibenförmigen Galaxien wiesen eine Verformung auf. Dieser erstaunlich hohe Anteil läßt möglicherweise darauf schließen, daß die Galaxien so starr sind, daß eine einmal entstandene Krümmung über Milliarden Jahre fortbesteht. Umgekehrt könnten Galaxien sehr unbeständig sein und ständig neue Verformungen erfahren.

Die Hipparcos-Daten über die Milchstraße begünstigen vielleicht die letztere, dynamischere Deutung. Das Rätsel, was die Galaxien verformt, hat die Astronomen jahrzehntelang beschäftigt. Die angebotenen Erklärungen reichen von intergalaktischen Winden bis zu magnetischen Verwindungen. Eine verbreitete Theorie führt die Krümmung der Milchstraße auf die Anziehungskraft unsichtbarer dunkler Materie im Halo der Galaxie zurück. Dies würde bedeuten, daß die jetzige Krümmung lange anhalten dürfte. Da diese nun aber eher vorübergehend zu sein scheint, werden andere Erklärungen bevorzugt.

Mario Lattanzi von der Turiner Gruppe sagt dazu: "Wie es in der experimentellen Forschung häufig der Fall ist, stellen bessere experimentelle Daten unser bisheriges Verständnis der Abläufe in der Milchstraße in Frage."

Unter den verschiedenen vorgeschlagenen Erklärungen für die Verformung der Galaxien ist besonders die Gravitations-(Gezeiten-)Wirkung benachbarter Galaxien zu erwähnen. Im Fall der Milchstraße kämen die Magellanschen Wolken und die vor kurzem entdeckte Zwerggalaxie im Sternbild Schütze als Verursacher der Verformung in Betracht. Smart und seine Kollegen gestehen aber ein, daß sie nach wie vor im Dunkeln tappen. "Wir sind zu dem Schluß gezwungen, daß gegenwärtig keine Theorie der Bedeutung der Hipparcos-Daten für die Dynamik der Verformung der galaktischen Scheibe überzeugend Rechnung trägt."