Milchstraße -Milky Way

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Milchstraße
ESO-VLT-Laser-Foto-33a-07.jpg
Beobachtungsdaten (J2000- Epoche )
Konstellation Schütze
Rektaszension 17 h 45 min 40.0409 s
Deklination −29° 00′ 28.118″
Distanz 25,6–27,1 kly (7,86–8,32 kpc)
Eigenschaften
Typ Sb, Sbc oder SB(rs)bc
( vergitterte Spiralgalaxie )
Masse (0,8–1,5) × 10 12 M
Anzahl Sterne 100–400 Milliarden
Größe Sternscheibe : 185 ± 15 kly
Halo aus dunkler Materie : 1,9 ± 0,4 Mly (580 ± 120 kpc )
Dicke der dünnen Sternscheibe ≈2 kly (0,6 kpc)
Drehimpuls 1 × 10 67 J s
Galaktische Rotationsperiode der Sonne 240 Mio
Rotationsperiode des Spiralmusters 220–360 Mio
Rotationsperiode des Balkenmusters 100–120 Mio
Geschwindigkeit relativ zum CMB -Ruherahmen 552,2 ± 5,5 km/s
Fluchtgeschwindigkeit an der Position der Sonne 550 km/s
Dichte der Dunklen Materie am Sonnenstand 0,0088+0,0024
−0,0018
M pc −3 oder0,35+0,08
–0,07
GeV cm −3
Siehe auch: Galaxie, Liste der Galaxien

Die Milchstraße ist die Galaxie, die unser Sonnensystem umfasst, wobei der Name die Erscheinung der Galaxie von der Erde aus beschreibt : ein verschwommenes Lichtband, das am Nachthimmel zu sehen ist und aus Sternen besteht, die mit bloßem Auge nicht einzeln unterschieden werden können . Der Begriff Milchstraße ist eine Übersetzung des lateinischen via lactea, aus dem Griechischen γαλακτικός κύκλος ( galaktikos kýklos ), was „Milchkreis“ bedeutet. Von der Erde aus erscheint die Milchstraße als Band, weil ihre scheibenförmige Struktur von innen betrachtet wird. Galileo Galilei löste 1610 mit seinem Teleskop erstmals das Lichtband in einzelne Sterne auf. Bis in die frühen 1920er Jahre dachten die meisten Astronomen, dass die Milchstraße alle Sterne des Universums enthalte . Nach der Großen Debatte von 1920 zwischen den Astronomen Harlow Shapley und Heber Curtis zeigten Beobachtungen von Edwin Hubble, dass die Milchstraße nur eine von vielen Galaxien ist.

Die Milchstraße ist eine vergitterte Spiralgalaxie mit einem geschätzten sichtbaren Durchmesser von 100.000–200.000 Lichtjahren . Jüngste Simulationen deuten darauf hin, dass sich ein Bereich dunkler Materie, der auch einige sichtbare Sterne enthält, bis zu einem Durchmesser von fast 2 Millionen Lichtjahren erstrecken kann. Die Milchstraße hat mehrere Satellitengalaxien und ist Teil der Lokalen Gruppe von Galaxien, die einen Teil des Virgo-Superhaufens bilden, der selbst Bestandteil des Laniakea-Superhaufens ist .

Es wird geschätzt, dass es 100–400 Milliarden Sterne und mindestens so viele Planeten enthält . Das Sonnensystem befindet sich in einem Radius von etwa 27.000 Lichtjahren vom Galaktischen Zentrum entfernt am inneren Rand des Orion -Arms, einer der spiralförmigen Ansammlungen von Gas und Staub. Die Sterne in den innersten 10.000 Lichtjahren bilden eine Ausbuchtung und einen oder mehrere Balken, die von der Ausbuchtung ausgehen. Das galaktische Zentrum ist eine intensive Radioquelle, bekannt als Sagittarius A*, ein supermassereiches Schwarzes Loch mit 4,100 (± 0,034) Millionen Sonnenmassen . Sterne und Gase in einem weiten Entfernungsbereich vom Galaktischen Zentrum umkreisen sie mit etwa 220 Kilometern pro Sekunde. Die konstante Rotationsgeschwindigkeit scheint den Gesetzen der Kepler-Dynamik zu widersprechen und legt nahe, dass ein Großteil (etwa 90%) der Masse der Milchstraße für Teleskope unsichtbar ist und weder elektromagnetische Strahlung emittiert noch absorbiert . Diese mutmaßliche Masse wurde als „ dunkle Materie “ bezeichnet. Die Rotationsperiode beträgt am Radius der Sonne etwa 240 Millionen Jahre. Die Milchstraße als Ganzes bewegt sich in Bezug auf extragalaktische Bezugssysteme mit einer Geschwindigkeit von ungefähr 600 km pro Sekunde. Die ältesten Sterne in der Milchstraße sind fast so alt wie das Universum selbst und entstanden daher wahrscheinlich kurz nach dem dunklen Zeitalter des Urknalls . Am 12. Mai 2022 gaben Astronomen erstmals das Bild von Sagittarius A* bekannt, dem supermassereichen Schwarzen Loch im Zentrum der Milchstraße.

Etymologie und Mythologie

In dem babylonischen Epos Enūma Eliš wird die Milchstraße aus dem abgetrennten Schwanz der urzeitlichen Salzwasserdrache Tiamat erschaffen, die von Marduk, dem babylonischen Nationalgott, in den Himmel gesetzt wurde, nachdem er sie getötet hatte. Es wurde einst angenommen, dass diese Geschichte auf einer älteren sumerischen Version basierte, in der Tiamat stattdessen von Enlil von Nippur getötet wird, aber jetzt wird angenommen, dass sie eine reine Erfindung babylonischer Propagandisten ist, mit der Absicht, Marduk als den sumerischen Gottheiten überlegen zu zeigen.

In der griechischen Mythologie legt Zeus seinen von einer sterblichen Frau geborenen Sohn, den Säugling Herakles, an Heras Brust, während sie schläft, damit das Baby ihre göttliche Milch trinkt und somit unsterblich wird. Hera wacht während des Stillens auf und stellt dann fest, dass sie ein unbekanntes Baby stillt: Sie schiebt das Baby weg, ein Teil ihrer Milch verschüttet und es erzeugt das Lichtband, das als Milchstraße bekannt ist. Die alten Griechen glaubten, dass das Aussehen der Milchstraße entstand, als Athena Herakles von ihrer Brust riss, die überall Milch versprühte.

Llys Dôn (wörtlich „Der Hof von Dôn “) ist der traditionelle walisische Name für das Sternbild Kassiopeia . Mindestens drei von Dôns Kindern haben auch astronomische Assoziationen: Caer Gwydion („Die Festung von Gwydion “) ist der traditionelle walisische Name für die Milchstraße, und Caer Arianrhod („Die Festung von Arianrhod “) ist das Sternbild Corona Borealis .

In der westlichen Kultur leitet sich der Name „Milchstraße“ von ihrem Aussehen als schwaches, unaufgelöstes „milchig“ leuchtendes Band ab, das sich über den Nachthimmel wölbt. Der Begriff ist eine Übersetzung des klassischen Lateins via lactea, wiederum abgeleitet vom hellenistischen Griechisch γαλαξίας, kurz für γαλαξίας κύκλος ( galaxías kýklos ), was „Milchkreis“ bedeutet. Das altgriechische γαλαξίας ( Galaxien ) – von der Wurzel γαλακτ -, γάλα („Milch“) + -ίας (bildende Adjektive) – ist auch die Wurzel von „Galaxie“, dem Namen für unsere und später alle derartigen Ansammlungen von Sternen.

Die Milchstraße oder "Milchkreis" war nur einer von 11 "Kreisen", die die Griechen am Himmel identifizierten, andere waren der Tierkreis, der Meridian, der Horizont, der Äquator, die Wendekreise von Krebs und Steinbock, arktische und antarktische Kreise, und zwei Farbkreise, die durch beide Pole gehen.

Ein Blick auf die Milchstraße in Richtung des Sternbildes Schütze (einschließlich des Galaktischen Zentrums ), gesehen von einem dunklen Ort mit geringer Lichtverschmutzung (der Black Rock Desert, Nevada), das helle Objekt rechts unten ist Jupiter, direkt über Antares

Aussehen

Ein Zeitraffervideo, das die sich über ALMA wölbende Milchstraße zeigt

Die Milchstraße ist von der Erde aus als verschwommenes Band aus weißem Licht sichtbar, das etwa 30° breit ist und den Nachthimmel wölbt . Bei der Beobachtung des Nachthimmels sind zwar alle einzelnen Sterne mit bloßem Auge am gesamten Himmel Teil der Milchstraßengalaxie, der Begriff "Milchstraße" ist jedoch auf dieses Lichtband beschränkt. Das Licht stammt von der Ansammlung von unaufgelösten Sternen und anderem Material, das sich in Richtung der galaktischen Ebene befindet . Hellere Regionen um das Band herum erscheinen als weiche sichtbare Flecken, die als Sternenwolken bekannt sind . Die auffälligste davon ist die Große Sagittarius-Sternenwolke, ein Teil der zentralen Ausbuchtung der Galaxie. Dunkle Regionen innerhalb des Bandes, wie der Große Riss und der Kohlensack, sind Bereiche, in denen interstellarer Staub das Licht von fernen Sternen blockiert. Der Bereich des Himmels, den die Milchstraße verdeckt, wird Vermeidungszone genannt .

Die Milchstraße hat eine relativ geringe Oberflächenhelligkeit . Seine Sichtbarkeit kann durch Hintergrundlicht wie Lichtverschmutzung oder Mondlicht stark eingeschränkt werden . Der Himmel muss dunkler als etwa 20,2 Magnituden pro Quadratbogensekunde sein, damit die Milchstraße sichtbar ist. Es sollte sichtbar sein, wenn die Grenzgröße ungefähr +5,1 oder besser ist, und zeigt viele Details bei +6,1. Dadurch ist die Milchstraße von hell erleuchteten städtischen oder vorstädtischen Gebieten aus schwer zu sehen, aber sehr auffällig, wenn sie von ländlichen Gebieten aus betrachtet wird, wenn der Mond unter dem Horizont steht. Karten der künstlichen Helligkeit des Nachthimmels zeigen, dass mehr als ein Drittel der Erdbevölkerung die Milchstraße aufgrund von Lichtverschmutzung nicht von ihren Häusern aus sehen kann.

Von der Erde aus gesehen nimmt die sichtbare Region der galaktischen Ebene der Milchstraße einen Bereich des Himmels ein, der 30 Sternbilder umfasst . Das galaktische Zentrum liegt in Richtung Schütze, wo die Milchstraße am hellsten ist. Vom Schützen scheint das verschwommene Band aus weißem Licht zum galaktischen Antizentrum in Auriga zu laufen . Das Band setzt dann den Rest des Weges um den Himmel fort, zurück zum Schützen, und teilt den Himmel in zwei ungefähr gleiche Hemisphären .

Die galaktische Ebene ist um etwa 60° zur Ekliptik (der Ebene der Erdbahn ) geneigt. Relativ zum Himmelsäquator verläuft er nördlich bis zum Sternbild Cassiopeia und südlich bis zum Sternbild Crux, was auf die starke Neigung der Äquatorebene der Erde und der Ebene der Ekliptik relativ zur galaktischen Ebene hinweist. Der galaktische Nordpol befindet sich bei Rektaszension 12 h 49 m, Deklination +27,4° ( B1950 ) in der Nähe von β Comae Berenices, und der galaktische Südpol befindet sich in der Nähe von α Sculptoris . Aufgrund dieser starken Neigung kann der Milchstraßenbogen je nach Nacht- und Jahreszeit relativ niedrig oder relativ hoch am Himmel erscheinen. Für Beobachter aus Breitengraden von ungefähr 65° Nord bis 65° Süd zieht die Milchstraße zweimal täglich direkt über uns vorbei.

Astronomische Geschichte

Die Form der Milchstraße, wie sie 1785 von William Herschel aus Sternzählungen abgeleitet wurde; das Sonnensystem wurde in der Nähe des Zentrums angenommen

In Meteorologica stellt Aristoteles (384–322 v. Chr.) fest, dass die griechischen Philosophen Anaxagoras ( ca.  500–428 v. Chr.) und Demokrit (460–370 v. Chr.) vorschlugen, dass die Milchstraße das Leuchten von Sternen ist, die aufgrund des Erdschattens nicht direkt sichtbar sind. während andere Sterne ihr Licht von der Sonne erhalten (aber ihr Leuchten durch Sonnenstrahlen verdeckt wird). Aristoteles selbst glaubte, dass die Milchstraße (zusammen mit den Sternen) Teil der oberen Atmosphäre der Erde war und dass sie ein Nebenprodukt des Brennens von Sternen war, das sich aufgrund seiner äußersten Lage in der Atmosphäre (die seinen großen Kreis bildet ) nicht auflöste. Der neuplatonische Philosoph Olympiodorus der Jüngere ( ca.  495 –570 n . Chr. ) kritisierte diese Ansicht und argumentierte, dass die Milchstraße, wenn sie sublunar wäre, zu verschiedenen Zeiten und an verschiedenen Orten auf der Erde anders erscheinen und eine Parallaxe haben sollte, was sie nicht tut . Aus seiner Sicht ist die Milchstraße himmlisch. Diese Idee sollte später in der islamischen Welt einflussreich sein .

Der persische Astronom Abū Rayhān al-Bīrūnī (973–1048) schlug vor, dass die Milchstraße "eine Sammlung unzähliger Fragmente der Natur nebulöser Sterne" sei. Der andalusische Astronom Avempace ( gest . 1138) schlug vor, dass die Milchstraße aus vielen Sternen besteht, scheint aber aufgrund der Brechung in der Erdatmosphäre ein kontinuierliches Bild zu sein, und zitierte seine Beobachtung einer Konjunktion von Jupiter und Mars im Jahr 1106 oder 1107 als Beweis. Laut Jamil Ragep schreibt der persische Astronom Naṣīr al-Dīn al-Ṭūsī (1201–1274) in seinem Tadhkira : „Die Milchstraße, also die Galaxie, besteht aus einer sehr großen Anzahl kleiner, dicht gedrängter Sterne, die, aufgrund ihrer Konzentration und Kleinheit, scheinen wolkige Flecken zu sein. Aus diesem Grund wurde es mit Milch in der Farbe verglichen. Ibn Qayyim Al-Jawziyya (1292–1350) schlug vor, dass die Milchstraße "eine Myriade winziger Sterne ist, die in der Sphäre der Fixsterne zusammengepackt sind" und dass diese Sterne größer als Planeten sind.

Der Beweis, dass die Milchstraße aus vielen Sternen besteht, kam 1610, als Galileo Galilei ein Teleskop benutzte, um die Milchstraße zu untersuchen, und entdeckte, dass sie aus einer großen Anzahl schwacher Sterne besteht. In einer Abhandlung aus dem Jahr 1755 spekulierte Immanuel Kant, der sich auf frühere Arbeiten von Thomas Wright stützte, (zu Recht), dass die Milchstraße ein rotierender Körper aus einer großen Anzahl von Sternen sein könnte, die durch Gravitationskräfte zusammengehalten werden, die dem Sonnensystem ähnlich sind, aber auf viel größere Maßstäbe. Die resultierende Sternenscheibe würde aus unserer Perspektive innerhalb der Scheibe als Band am Himmel gesehen werden. Wright und Kant vermuteten auch, dass einige der am Nachthimmel sichtbaren Nebel selbst separate "Galaxien" sein könnten, ähnlich wie unsere eigenen. Kant bezeichnete sowohl die Milchstraße als auch die „extragalaktischen Nebel“ als „Inseluniversen“, ein Begriff, der noch bis in die 1930er Jahre geläufig war.

Der erste Versuch, die Form der Milchstraße und die Position der Sonne darin zu beschreiben, wurde 1785 von William Herschel durchgeführt, indem er sorgfältig die Anzahl der Sterne in verschiedenen Regionen des sichtbaren Himmels zählte. Er erstellte ein Diagramm der Form der Milchstraße mit dem Sonnensystem in der Nähe des Zentrums.

1845 konstruierte Lord Rosse ein neues Teleskop und konnte zwischen elliptischen und spiralförmigen Nebeln unterscheiden. Es gelang ihm auch, einzelne Punktquellen in einigen dieser Nebel auszumachen, was Kants früherer Vermutung Glaubwürdigkeit verlieh.

Foto des "Großen Andromeda-Nebels" von 1899, der später als Andromeda-Galaxie identifiziert wurde

1904 berichtete Jacobus Kapteyn, als er die Eigenbewegungen von Sternen untersuchte, dass diese nicht zufällig waren, wie man damals glaubte; Sterne könnten in zwei Ströme aufgeteilt werden, die sich in nahezu entgegengesetzte Richtungen bewegen. Später stellte sich heraus, dass Kapteyns Daten der erste Beweis für die Rotation unserer Galaxie waren, was letztendlich zur Entdeckung der galaktischen Rotation durch Bertil Lindblad und Jan Oort führte .

1917 hatte Heber Curtis die Nova S Andromedae innerhalb des Großen Andromeda-Nebels ( Messier-Objekt 31) beobachtet. Als er die fotografischen Aufzeichnungen durchsuchte, fand er 11 weitere Novae . Curtis bemerkte, dass diese Novae im Durchschnitt 10 Größenordnungen schwächer waren als diejenigen, die in der Milchstraße auftraten. Als Ergebnis konnte er eine Entfernungsschätzung von 150.000 Parsec ermitteln. Er wurde ein Befürworter der Hypothese der "Inseluniversen", die besagte, dass die Spiralnebel unabhängige Galaxien seien. 1920 fand die Große Debatte zwischen Harlow Shapley und Heber Curtis über die Natur der Milchstraße, Spiralnebel und die Dimensionen des Universums statt. Um seine Behauptung zu untermauern, dass der Große Andromeda-Nebel eine externe Galaxie ist, bemerkte Curtis das Auftreten dunkler Bahnen, die den Staubwolken in der Milchstraße ähneln, sowie die signifikante Doppler-Verschiebung .

Die Kontroverse wurde von Edwin Hubble in den frühen 1920er Jahren endgültig beigelegt, indem er das 2,5-m-Hooker-Teleskop des Mount-Wilson-Observatoriums verwendete . Mit der Lichtsammelkraft dieses neuen Teleskops war er in der Lage, astronomische Fotografien anzufertigen, die die äußeren Teile einiger Spiralnebel als Ansammlungen einzelner Sterne auflösten. Er war auch in der Lage, einige Cepheid-Variablen zu identifizieren, die er als Benchmark verwenden konnte, um die Entfernung zu den Nebeln abzuschätzen. Er fand heraus, dass der Andromeda-Nebel 275.000 Parsec von der Sonne entfernt ist, viel zu weit entfernt, um Teil der Milchstraße zu sein.

Astrographie

Karte der Milchstraße mit den Konstellationen, die die galaktische Ebene in jeder Richtung durchqueren, und den bekannten prominenten Komponenten, die kommentiert sind, einschließlich Hauptarme, Ausläufer, Balken, Kern/Wölbung, bemerkenswerte Nebel und Kugelhaufen .
Eine Himmelsansicht der Sterne in der Milchstraße und benachbarten Galaxien, basierend auf den Beobachtungen des ersten Jahres des Satelliten Gaia von Juli 2014 bis September 2015. Die Karte zeigt die Dichte der Sterne in jedem Teil des Himmels. Hellere Regionen zeigen dichtere Konzentrationen von Sternen an. Dunklere Regionen auf der galaktischen Ebene entsprechen dichten Wolken aus interstellarem Gas und Staub, die Sternenlicht absorbieren.

Die ESA - Raumsonde Gaia liefert Entfernungsschätzungen, indem sie die Parallaxe von einer Milliarde Sternen bestimmt, und kartiert die Milchstraße mit vier geplanten Veröffentlichungen von Karten in den Jahren 2016, 2018, 2021 und 2024. Eine Studie aus dem Jahr 2020 kam zu dem Schluss, dass Gaia eine wackelnde Bewegung der Galaxie entdeckte, die möglicherweise durch „ Drehmomente aus einer Fehlausrichtung der Rotationsachse der Scheibe in Bezug auf die Hauptachse eines nicht-sphärischen Halos oder durch Akkretionsmaterie im Halo, die während des späten Einfalls erfasst wurde, oder durch nahe gelegene, wechselwirkende Satellitengalaxien und ihre nachfolgende Gezeiten".

Standort und Nachbarschaft der Sonne

Position des Sonnensystems innerhalb der Milchstraße
Diagramm der Milchstraße mit der Position des Sonnensystems, markiert durch einen gelben Pfeil und einen roten Punkt im Orion-Arm . Der Punkt deckt ungefähr die größere Umgebung des Sonnensystems ab, den Raum zwischen den linearen Strukturen Radcliffe Wave und Split (ehemals Gould Belt ).
Künstlerische Nahaufnahme des Orion-Arms mit den Hauptmerkmalen der linearen Strukturen Radcliffe Wave und Split und mit dem Sonnensystem, umgeben von den nächsten großflächigen Himmelsmerkmalen an der Oberfläche der Lokalen Blase in einer Entfernung von 400-500 Lichtjahren .

Die Sonne befindet sich in der Nähe des inneren Randes des Orion-Arms, innerhalb des Lokalen Flaums der Lokalen Blase, zwischen den linearen Strukturen Radcliffe Wave und Split (ehemals Gould Belt ). Basierend auf Studien von Sternbahnen um Sgr A* von Gillessen et al. (2016) liegt die Sonne in einer geschätzten Entfernung von 27,14 ± 0,46 kly (8,32 ± 0,14 kpc) vom galaktischen Zentrum. Böhle et al. (2016) fanden einen kleineren Wert von 25,64 ± 0,46 kly (7,86 ± 0,14 kpc), ebenfalls unter Verwendung einer Sternbahnanalyse. Die Sonne befindet sich derzeit 5–30 Parsec (16–98 ly) über oder nördlich der Zentralebene der galaktischen Scheibe. Der Abstand zwischen dem lokalen Arm und dem nächsten Arm, dem Perseus-Arm, beträgt etwa 2.000 Parsec (6.500 ly). Die Sonne und damit das Sonnensystem befindet sich in der galaktischen bewohnbaren Zone der Milchstraße .

Es gibt ungefähr 208 Sterne, die heller als die absolute Größe 8,5 sind, innerhalb einer Kugel mit einem Radius von 15 Parsec (49 ly) von der Sonne, was eine Dichte von einem Stern pro 69 Kubikparsec oder einem Stern pro 2.360 Kubiklichtjahre ergibt (aus List der nächsten hellen Sterne ). Andererseits gibt es 64 bekannte Sterne (jeder Größenordnung, 4 Braune Zwerge nicht mitgezählt ) innerhalb von 5 Parsec (16 ly) von der Sonne, was eine Dichte von etwa einem Stern pro 8,2 Parsec Kubik oder einem pro 284 Kubik Licht ergibt -Jahre (aus Liste der nächsten Sterne ). Dies verdeutlicht die Tatsache, dass es viel mehr schwache als helle Sterne gibt: Am gesamten Himmel gibt es etwa 500 Sterne, die heller als die scheinbare Helligkeit 4 sind, aber 15,5 Millionen Sterne, die heller als die scheinbare Helligkeit 14 sind.

Der Scheitelpunkt der Sonnenbahn oder Sonnenspitze ist die Richtung, in der sich die Sonne in der Milchstraße durch den Weltraum bewegt. Die allgemeine Richtung der galaktischen Bewegung der Sonne ist in Richtung des Sterns Wega in der Nähe des Sternbilds Herkules, in einem Winkel von ungefähr 60 Himmelsgraden zur Richtung des galaktischen Zentrums. Es wird erwartet, dass die Umlaufbahn der Sonne um die Milchstraße ungefähr elliptisch ist, wobei Störungen aufgrund der galaktischen Spiralarme und ungleichmäßiger Massenverteilungen hinzugefügt werden. Außerdem durchquert die Sonne die galaktische Ebene ungefähr 2,7 Mal pro Umlaufbahn. Dies ist der Funktionsweise eines einfachen harmonischen Oszillators ohne Widerstandskraft (Dämpfung) sehr ähnlich . Bis vor kurzem wurde angenommen, dass diese Schwingungen mit Perioden des Massensterbens von Lebensformen auf der Erde zusammenfallen. Eine erneute Analyse der Auswirkungen des Sonnendurchgangs durch die Spiralstruktur auf der Grundlage von CO-Daten hat keine Korrelation gefunden.

Das Sonnensystem braucht etwa 240 Millionen Jahre, um die Milchstraße (ein galaktisches Jahr ) einmal zu umrunden, sodass angenommen wird, dass die Sonne während ihres Lebens 18–20 Umläufe und 1/1250 einer Umdrehung seit der Entstehung des Menschen absolviert hat . Die Umlaufgeschwindigkeit des Sonnensystems um das Zentrum der Milchstraße beträgt ungefähr 220 km/s (490.000 mph) oder 0,073 % der Lichtgeschwindigkeit . Die Sonne bewegt sich mit 84.000 km/h (52.000 mph) durch die Heliosphäre. Bei dieser Geschwindigkeit braucht das Sonnensystem etwa 1.400 Jahre, um eine Strecke von 1 Lichtjahr zurückzulegen, oder 8 Tage, um 1 AE ( Astronomische Einheit ) zurückzulegen. Das Sonnensystem bewegt sich in Richtung des Tierkreiszeichens Skorpion, das der Ekliptik folgt.

Galaktische Quadranten

Diagramm der Position der Sonne in der Milchstraße, die Winkel stellen Längengrade im galaktischen Koordinatensystem dar .

Ein galaktischer Quadrant oder Quadrant der Milchstraße bezieht sich auf einen von vier kreisförmigen Sektoren in der Teilung der Milchstraße. In der astronomischen Praxis basiert die Abgrenzung der galaktischen Quadranten auf dem galaktischen Koordinatensystem, das die Sonne als Ursprung des Kartierungssystems setzt .

Quadranten werden mit Ordnungszahlen beschrieben – zum Beispiel „1. galaktischer Quadrant“, „zweiter galaktischer Quadrant“ oder „dritter Quadrant der Milchstraße“. Vom galaktischen Nordpol aus gesehen mit 0° (null Grad) als Strahl, der von der Sonne aus durch das galaktische Zentrum verläuft, sind die Quadranten:

Galaktischer
Quadrant
Galaktische
Länge
(ℓ)

Referenz
1 0° ≤ l ≤ 90°
2 90° ≤ ℓ ≤ 180°
3 180° ≤ ℓ ≤ 270°
4
270° ≤ ℓ ≤ 360°
(360° ≅ 0°)

wobei die galaktische Länge (ℓ) im Gegenuhrzeigersinn zunimmt ( positive Rotation ), von Norden des galaktischen Zentrums aus gesehen (ein mehrere hunderttausend Lichtjahre von der Erde entfernter Aussichtspunkt in Richtung des Sternbilds Coma Berenices ); von Süden des galaktischen Zentrums aus betrachtet (ein ähnlich weit entfernter Aussichtspunkt im Sternbild Bildhauer ) würde im Uhrzeigersinn zunehmen ( negative Rotation ).

Größe und Masse

Es wird angenommen, dass die Struktur der Milchstraße dieser Galaxie ähnlich ist ( UGC 12158, aufgenommen von Hubble )

Die Milchstraße ist die zweitgrößte Galaxie in der Lokalen Gruppe (nach der Andromeda-Galaxie ), mit ihrer Sternscheibe von etwa 170.000–200.000 Lichtjahren (52–61 kpc) im Durchmesser und im Durchschnitt etwa 1.000 ly (0,3 kpc ) zähflüssig. Um die relative physikalische Größe der Milchstraße zu vergleichen: Wenn das Sonnensystem bis Neptun die Größe eines US-Viertels (24,3 mm (0,955 Zoll)) hätte, wäre die Milchstraße ungefähr so ​​groß wie die angrenzenden Vereinigten Staaten . Über und unter der relativ flachen galaktischen Ebene kräuselt sich ein ringförmiges Filament aus Sternen, das sich mit einem Durchmesser von 150.000–180.000 Lichtjahren (46–55 kpc) um die Milchstraße wickelt und Teil der Milchstraße selbst sein könnte .

Ein schematisches Profil der Milchstraße.
Abkürzungen: BSP/GSP: Galaktischer Nord- und Südpol

Die Milchstraße hat insgesamt etwa 890 Milliarden bis 1,54 Billionen Sonnenmassen ( 8,9 × 1011 bis 1,54 × 1012 Sonnenmassen), obwohl Sterne und Planeten nur einen kleinen Teil davon ausmachen. Schätzungen der Masse der Milchstraße variieren je nach verwendeter Methode und Daten. Das untere Ende des Schätzbereichs liegt bei 5,8 × 1011 Sonnenmassen ( M ), etwas weniger als die der Andromeda-Galaxie . Messungen mit dem Very Long Baseline Array im Jahr 2009 ergaben Geschwindigkeiten von bis zu 254 km/s (570.000 mph) für Sterne am äußeren Rand der Milchstraße. Da die Umlaufgeschwindigkeit von der Gesamtmasse innerhalb des Umlaufradius abhängt, deutet dies darauf hin, dass die Milchstraße massereicher ist und ungefähr der Masse der Andromeda-Galaxie bei 7 × 1011 M innerhalb von 160.000 ly (49 kpc) von seinem Zentrum. Im Jahr 2010 ergab eine Messung der Radialgeschwindigkeit von Halosternen, dass die in 80 Kiloparsec eingeschlossene Masse 7 × 1011 M . Laut einer 2014 veröffentlichten Studie wird die Masse der gesamten Milchstraße auf 8,5 × 1011 M , aber das ist nur die halbe Masse der Andromeda-Galaxie. Eine neuere Massenschätzung für die Milchstraße beträgt 1,29 × 1012 M .

Ein Großteil der Masse der Milchstraße scheint dunkle Materie zu sein, eine unbekannte und unsichtbare Form von Materie, die gravitativ mit gewöhnlicher Materie interagiert. Es wird vermutet, dass sich ein Halo aus dunkler Materie relativ gleichmäßig bis zu einer Entfernung von mehr als hundert Kiloparsec (kpc) vom galaktischen Zentrum ausbreitet. Mathematische Modelle der Milchstraße legen nahe, dass die Masse der Dunklen Materie 1–1,5 × 10 beträgt12 M . Jüngste Studien zeigen einen Massenbereich von bis zu 4,5 × 1012 M und so klein wie 8 × 1011 M . Zum Vergleich: Die Gesamtmasse aller Sterne in der Milchstraße wird auf 4,6 × 1010 M und 6,43 × 1010 M . Neben den Sternen gibt es auch interstellares Gas, das zu 90 % aus Wasserstoff und zu 10 % aus Helium besteht, wobei zwei Drittel des Wasserstoffs in atomarer Form vorliegen und das restliche Drittel als molekularer Wasserstoff . Die Masse des interstellaren Gases der Milchstraße entspricht zwischen 10 % und 15 % der Gesamtmasse ihrer Sterne. Interstellarer Staub macht zusätzlich 1 % der Gesamtmasse des Gases aus.

Im März 2019 berichteten Astronomen, dass die Masse der Milchstraße 1,5 Billionen Sonnenmassen in einem Radius von etwa 129.000 Lichtjahren beträgt, mehr als doppelt so viel wie in früheren Studien bestimmt wurde, und vermuten, dass etwa 90 % der Masse von Die Galaxie ist dunkle Materie .

Inhalt

360-Grad-Panoramaansicht der Milchstraße (ein zusammengesetztes Mosaik aus Fotografien) von ESO, das galaktische Zentrum befindet sich in der Mitte der Ansicht, mit dem galaktischen Norden oben
360-Grad-Darstellung der Milchstraße unter Verwendung von Gaia EDR3 -Daten, die interstellares Gas und Staub zeigen, die von Sternen im Hintergrund beleuchtet werden (Hauptflecken schwarz markiert; weiße Markierungen sind helle Hauptflecken von Sternen ). Die linke Hemisphäre ist dem galaktischen Zentrum zugewandt, die rechte Hemisphäre dem galaktischen Antizentrum.

Die Milchstraße enthält zwischen 100 und 400 Milliarden Sterne und mindestens so viele Planeten. Eine genaue Zahl würde davon abhängen, die Anzahl der sehr massearmen Sterne zu zählen, die schwer zu erkennen sind, insbesondere in Entfernungen von mehr als 300 ly (90 pc) von der Sonne. Zum Vergleich: Die benachbarte Andromeda-Galaxie enthält schätzungsweise eine Billion (10 12 ) Sterne. Die Milchstraße kann zehn Milliarden Weiße Zwerge, eine Milliarde Neutronensterne und hundert Millionen stellare Schwarze Löcher enthalten . Den Raum zwischen den Sternen füllt eine Scheibe aus Gas und Staub, die als interstellares Medium bezeichnet wird . Diese Scheibe hat mindestens einen vergleichbaren Radius wie die Sterne, während die Dicke der Gasschicht von Hunderten von Lichtjahren für das kältere Gas bis zu Tausenden von Lichtjahren für wärmeres Gas reicht.

Die Sternenscheibe in der Milchstraße hat keine scharfe Kante, hinter der sich keine Sterne befinden. Vielmehr nimmt die Konzentration der Sterne mit der Entfernung vom Zentrum der Milchstraße ab. Aus nicht verstandenen Gründen nimmt die Anzahl der Sterne pro Kubikparsec jenseits eines Radius von etwa 40.000 Lichtjahren (13 kpc) vom Zentrum viel schneller mit dem Radius ab. Um die galaktische Scheibe herum befindet sich ein kugelförmiger galaktischer Halo aus Sternen und Kugelsternhaufen, der sich weiter nach außen erstreckt, aber in seiner Größe durch die Umlaufbahnen von zwei Satelliten der Milchstraße, der Großen und der Kleinen Magellanschen Wolke, begrenzt ist, deren nächste Annäherung an das galaktische Zentrum etwa 180.000 beträgt ly (55 kpc). In dieser Entfernung oder darüber hinaus würden die Umlaufbahnen der meisten Halo-Objekte durch die Magellanschen Wolken gestört. Daher würden solche Objekte wahrscheinlich aus der Nähe der Milchstraße herausgeschleudert werden. Die integrierte absolute visuelle Helligkeit der Milchstraße wird auf etwa –20,9 geschätzt.

Sowohl Gravitationsmikrolinsen- als auch Planetentransitbeobachtungen deuten darauf hin, dass es möglicherweise mindestens so viele an Sterne gebundene Planeten gibt, wie es Sterne in der Milchstraße gibt, und Mikrolinsenmessungen zeigen, dass es mehr nicht an Sterne gebundene Schurkenplaneten als Sterne gibt. Die Milchstraße enthält mindestens einen Planeten pro Stern, was 100 bis 400 Milliarden Planeten ergibt, laut einer Studie des Kepler - Weltraumobservatoriums vom Januar 2013 über das Fünf-Planeten-Sternensystem Kepler-32 . Eine andere Analyse von Kepler-Daten vom Januar 2013 schätzte, dass sich mindestens 17 Milliarden erdgroße Exoplaneten in der Milchstraße befinden. Am 4. November 2013 berichteten Astronomen auf der Grundlage von Kepler -Weltraummissionsdaten, dass es bis zu 40 Milliarden erdgroße Planeten geben könnte, die in den bewohnbaren Zonen sonnenähnlicher Sterne und roter Zwerge innerhalb der Milchstraße kreisen. 11 Milliarden dieser geschätzten Planeten könnten sonnenähnliche Sterne umkreisen. Laut einer Studie aus dem Jahr 2016 könnte der nächste Exoplanet 4,2 Lichtjahre entfernt sein und den Roten Zwerg Proxima Centauri umkreisen. Solche erdgroßen Planeten können zahlreicher sein als Gasriesen. Neben Exoplaneten wurden auch „ Exokometen “, Kometen jenseits des Sonnensystems, entdeckt und können in der Milchstraße häufig vorkommen. In jüngerer Zeit, im November 2020, existieren Schätzungen zufolge über 300 Millionen bewohnbare Exoplaneten in der Milchstraße.

Struktur

Überblick über verschiedene Elemente der Gesamtstruktur der Milchstraße.
Ein dunkler Fleck, umgeben von einem orange-gelben Ring in Form eines Donuts
Supermassereiches Schwarzes Loch Sagittarius A*, aufgenommen vom Event Horizon Telescope in Radiowellen. Der zentrale dunkle Fleck ist der Schatten des Schwarzen Lochs, der größer ist als der Ereignishorizont .
Helle Röntgeneruptionen von Sagittarius A* (Einschub) im Zentrum der Milchstraße, wie sie vom Chandra-Röntgenobservatorium entdeckt wurden .
Der künstlerische Eindruck, wie die Milchstraße aus verschiedenen Blickwinkeln aussehen würde – aus Sichtlinien von der Kante aus ist die erdnussschalenförmige Struktur, die nicht mit der zentralen Ausbuchtung der Galaxie zu verwechseln ist, offensichtlich; Von oben betrachtet ist der zentrale schmale Balken, der für diese Struktur verantwortlich ist, deutlich zu sehen, ebenso wie viele Spiralarme und die dazugehörigen Staubwolken

Die Milchstraße besteht aus einer stabförmigen Kernregion, die von einer verzerrten Scheibe aus Gas, Staub und Sternen umgeben ist. Die Massenverteilung innerhalb der Milchstraße ähnelt stark dem Typ Sbc in der Hubble-Klassifikation, die Spiralgalaxien mit relativ locker gewundenen Armen darstellt. Astronomen begannen in den 1960er Jahren erstmals zu vermuten, dass die Milchstraße eher eine vergitterte Spiralgalaxie als eine gewöhnliche Spiralgalaxie ist. Diese Vermutungen wurden durch die Beobachtungen des Spitzer-Weltraumteleskops im Jahr 2005 bestätigt, die zeigten, dass der zentrale Balken der Milchstraße größer ist als bisher angenommen.

Galaktische Mitte

Die Sonne ist 25.000–28.000 Ly (7,7–8,6 kpc) vom Galaktischen Zentrum entfernt. Dieser Wert wird mit geometrisch basierten Methoden oder durch Messung ausgewählter astronomischer Objekte, die als Standardkerzen dienen, geschätzt, wobei verschiedene Techniken verschiedene Werte innerhalb dieses ungefähren Bereichs ergeben. In den inneren paar Kiloparsec (Radius von etwa 10.000 Lichtjahren) befindet sich eine dichte Ansammlung von meist alten Sternen in einer ungefähr kugelförmigen Form, die als Bulge bezeichnet wird . Es wurde vermutet, dass die Milchstraße aufgrund einer Kollision und Verschmelzung zwischen früheren Galaxien keine Ausbuchtung hat und stattdessen nur eine Pseudoausbuchtung hat, die von ihrem zentralen Balken gebildet wird. In der Literatur gibt es jedoch viele Verwirrungen zwischen der (erdnussschalen-)förmigen Struktur, die durch Instabilitäten im Stab erzeugt wird, und einer möglichen Ausbuchtung mit einem erwarteten Halblichtradius von 0,5 kpc.

Das Galaktische Zentrum wird von einer intensiven Radioquelle namens Sagittarius A* (ausgesprochen Sagittarius A-star ) markiert. Die Materialbewegung um das Zentrum zeigt, dass Schütze A* ein massives, kompaktes Objekt beherbergt. Diese Massenkonzentration lässt sich am besten als supermassereiches Schwarzes Loch (SMBH) mit einer geschätzten Masse von 4,1–4,5 Millionen Sonnenmassen erklären . Die Akkretionsrate des SMBH stimmt mit einem inaktiven galaktischen Kern überein und wird auf etwa geschätzt1 × 10 −5 M pro Jahr. Beobachtungen deuten darauf hin, dass sich SMBHs in der Nähe des Zentrums der meisten normalen Galaxien befinden.

Die Natur des Balkens der Milchstraße wird aktiv diskutiert, wobei Schätzungen für seine halbe Länge und Ausrichtung von 1 bis 5 kpc (3.000–16.000 ly) und 10–50 Grad relativ zur Sichtlinie von der Erde zum galaktischen Zentrum reichen. Einige Autoren befürworten, dass die Milchstraße zwei unterschiedliche Balken aufweist, von denen einer in den anderen eingebettet ist. Sterne vom Typ RR Lyrae zeichnen jedoch keinen markanten galaktischen Balken. Der Balken kann von einem Ring umgeben sein, der als "5-kpc-Ring" bezeichnet wird und einen großen Teil des in der Milchstraße vorhandenen molekularen Wasserstoffs sowie den größten Teil der Sternentstehungsaktivität der Milchstraße enthält . Von der Andromeda-Galaxie aus gesehen wäre es das hellste Merkmal der Milchstraße. Die Röntgenemission des Kerns ist auf die massereichen Sterne ausgerichtet, die den zentralen Balken und den galaktischen Rücken umgeben .

Gammastrahlen und Röntgenstrahlen

Seit 1970 haben verschiedene Missionen zur Detektion von Gammastrahlen 511- keV - Gammastrahlen entdeckt, die aus der allgemeinen Richtung des galaktischen Zentrums kommen. Diese Gammastrahlen werden durch die Vernichtung von Positronen (Antielektronen) mit Elektronen erzeugt . Im Jahr 2008 wurde festgestellt, dass die Verteilung der Quellen der Gammastrahlen der Verteilung von massearmen Röntgendoppelsternen ähnelt, was darauf hinzudeuten scheint, dass diese Röntgendoppelsterne Positronen (und Elektronen) in den interstellaren Raum senden, wo sie langsamer werden und vernichten. Die Beobachtungen wurden sowohl von NASA- als auch von ESA -Satelliten gemacht. 1970 stellten Gammastrahlendetektoren fest, dass die emittierende Region etwa 10.000 Lichtjahre groß war und eine Leuchtkraft von etwa 10.000 Sonnen hatte.

Darstellung der beiden gigantischen Röntgen- / Gammablasen (blau-violett) der Milchstraße (Mitte)

Im Jahr 2010 wurden unter Verwendung von Daten des Fermi-Gammastrahlen-Weltraumteleskops zwei gigantische kugelförmige Blasen mit hochenergetischer Gammastrahlung nördlich und südlich des Kerns der Milchstraße entdeckt . Der Durchmesser jeder Blase beträgt etwa 25.000 Lichtjahre (7,7 kpc) (oder etwa 1/4 des geschätzten Durchmessers der Galaxie); sie erstrecken sich bis zu Grus und Virgo am Nachthimmel der südlichen Hemisphäre. Anschließend identifizierten Beobachtungen mit dem Parkes-Teleskop bei Radiofrequenzen polarisierte Emissionen, die mit den Fermi-Blasen assoziiert sind. Diese Beobachtungen lassen sich am besten als magnetisierter Ausfluss interpretieren, der durch die Sternentstehung in den zentralen 640 ly (200 pc) der Milchstraße angetrieben wird.

Später, am 5. Januar 2015, berichtete die NASA über die Beobachtung einer Röntgeneruption, die 400-mal heller als gewöhnlich war, ein Rekordbrecher, von Sagittarius A*. Das ungewöhnliche Ereignis könnte durch das Auseinanderbrechen eines Asteroiden verursacht worden sein, der in das Schwarze Loch gefallen ist, oder durch die Verwicklung von Magnetfeldlinien in Gas, das in Sagittarius A* strömt.

Spiralarme

Außerhalb des Gravitationseinflusses des galaktischen Balkens ist die Struktur des interstellaren Mediums und der Sterne in der Scheibe der Milchstraße in vier Spiralarme organisiert. Spiralarme enthalten typischerweise eine höhere Dichte an interstellarem Gas und Staub als der galaktische Durchschnitt sowie eine größere Konzentration an Sternentstehung, wie durch H II-Regionen und Molekülwolken verfolgt .

Die Spiralstruktur der Milchstraße ist ungewiss, und es besteht derzeit kein Konsens über die Natur der Arme der Milchstraße. Perfekte logarithmische Spiralmuster beschreiben Merkmale in der Nähe der Sonne nur grob, da Galaxien gewöhnlich Arme haben, die sich verzweigen, verschmelzen, sich unerwartet verdrehen und ein gewisses Maß an Unregelmäßigkeit aufweisen. Das mögliche Szenario der Sonne innerhalb eines Ausläufers / lokalen Arms unterstreicht diesen Punkt und weist darauf hin, dass solche Merkmale wahrscheinlich nicht einzigartig sind und anderswo in der Milchstraße existieren. Schätzungen des Neigungswinkels der Arme reichen von etwa 7° bis 25°. Es wird angenommen, dass es vier Spiralarme gibt, die alle in der Nähe des Zentrums der Milchstraße beginnen. Diese werden wie folgt benannt, wobei die Positionen der Arme im Bild unten gezeigt werden:

Beobachtete (normale Linien) und extrapolierte (gepunktete Linien) Struktur der Spiralarme der Milchstraße, betrachtet von Norden der Galaxie – die Galaxie dreht sich in dieser Ansicht im Uhrzeigersinn. Die grauen Linien, die von der Position der Sonne ausgehen (obere Mitte), listen die dreibuchstabigen Abkürzungen der entsprechenden Sternbilder auf
Farbe Waffen)
Türkis In der Nähe von 3 kpc Arm und Perseus Arm
blau Norma und äußerer Arm (zusammen mit der 2004 entdeckten Verlängerung)
grün Scutum-Centaurus-Arm
rot Carina-Schütze-Arm
Es gibt mindestens zwei kleinere Arme oder Sporen, darunter:
Orange Orion-Cygnus-Arm (der die Sonne und das Sonnensystem enthält)
Spitzer enthüllt, was im sichtbaren Licht nicht zu sehen ist: kühlere Sterne (blau), erhitzter Staub (rötlicher Farbton) und Sgr A* als heller weißer Fleck in der Mitte.
Künstlerische Darstellung der spiralförmigen Struktur der Milchstraße mit zwei großen Sternarmen und einem Balken.

Zwei Spiralarme, der Scutum-Centaurus-Arm und der Carina-Sagittarius-Arm, haben Tangentenpunkte innerhalb der Umlaufbahn der Sonne um das Zentrum der Milchstraße. Wenn diese Arme im Vergleich zur durchschnittlichen Sternendichte in der galaktischen Scheibe eine Überdichte an Sternen enthalten, wäre dies durch Zählen der Sterne in der Nähe des Tangentenpunktes nachweisbar. Zwei Untersuchungen von Nahinfrarotlicht, das hauptsächlich für Rote Riesen empfindlich ist und nicht vom Staubsterben betroffen ist, entdeckten die vorhergesagte Überfülle im Scutum-Centaurus-Arm, aber nicht im Carina-Sagittarius-Arm: Der Scutum-Centaurus-Arm enthält ungefähr 30% mehr Rote Riesen, als man ohne Spiralarm erwarten würde. Diese Beobachtung legt nahe, dass die Milchstraße nur zwei große Sternarme besitzt: den Perseus-Arm und den Scutum-Centaurus-Arm. Der Rest der Arme enthält überschüssiges Gas, aber nicht überschüssige alte Sterne. Im Dezember 2013 stellten Astronomen fest, dass die Verteilung junger Sterne und Sternentstehungsgebiete mit der Beschreibung der vierarmigen Spirale der Milchstraße übereinstimmt. Somit scheint die Milchstraße zwei Spiralarme zu haben, wie sie von alten Sternen verfolgt werden, und vier Spiralarme, wie sie von Gas und jungen Sternen verfolgt werden. Die Erklärung für diese offensichtliche Diskrepanz ist unklar.

Cluster, die von WISE entdeckt wurden, um die Spiralarme der Milchstraße zu verfolgen.

Der nahe 3-kpc-Arm (auch als expandierender 3-kpc-Arm oder einfach als 3-kpc-Arm bezeichnet ) wurde in den 1950er Jahren vom Astronomen van Woerden und Mitarbeitern durch 21-Zentimeter -Radiomessungen von H I ( atomarer Wasserstoff ) entdeckt. Es wurde festgestellt, dass es sich mit mehr als 50 km/s von der zentralen Ausbuchtung weg ausdehnt . Sie befindet sich im vierten galaktischen Quadranten in einer Entfernung von etwa 5,2 kpc von der Sonne und 3,3 kpc vom galaktischen Zentrum . Der Far 3 kpc Arm wurde 2008 vom Astronomen Tom Dame (Harvard-Smithsonian CfA) entdeckt. Sie befindet sich im ersten galaktischen Quadranten in einer Entfernung von 3 kpc (etwa 10.000 ly ) vom galaktischen Zentrum.

Eine 2011 veröffentlichte Simulation legte nahe, dass die Milchstraße ihre Spiralarmstruktur möglicherweise durch wiederholte Kollisionen mit der elliptischen Sagittarius-Zwerggalaxie erhalten hat .

Es wurde vermutet, dass die Milchstraße zwei verschiedene Spiralmuster enthält: ein inneres, das vom Schützenarm gebildet wird und sich schnell dreht, und ein äußeres, das von den Carina- und Perseus-Armen gebildet wird, deren Rotationsgeschwindigkeit langsamer und deren Arme eng sind Wunde. In diesem Szenario, das durch numerische Simulationen der Dynamik der verschiedenen Spiralarme vorgeschlagen wird, würde das äußere Muster einen äußeren Pseudoring bilden, und die beiden Muster würden durch den Cygnus-Arm verbunden.

Die lange fadenförmige Molekülwolke mit dem Namen "Nessie" bildet wahrscheinlich eine dichte "Wirbelsäule" des Scutum-Centarus-Arms

Außerhalb der großen Spiralarme befindet sich der Monoceros-Ring (oder Außenring), ein Ring aus Gas und Sternen, der vor Milliarden von Jahren aus anderen Galaxien herausgerissen wurde. Mehrere Mitglieder der wissenschaftlichen Gemeinschaft haben jedoch kürzlich ihre Position bekräftigt und bestätigt, dass die Monoceros-Struktur nichts anderes als eine Überdichte ist, die von der aufgeweiteten und verzerrten dicken Scheibe der Milchstraße erzeugt wird. Die Struktur der Scheibe der Milchstraße ist entlang einer „S“-Kurve verzerrt .

Heiligenschein

Die galaktische Scheibe ist von einem kugelförmigen Halo aus alten Sternen und Kugelsternhaufen umgeben, von denen 90 % innerhalb von 100.000 Lichtjahren (30 kpc) vom galaktischen Zentrum entfernt liegen. Einige Kugelsternhaufen wurden jedoch weiter entfernt gefunden, wie etwa PAL 4 und AM 1, mehr als 200.000 Lichtjahre vom Galaktischen Zentrum entfernt. Etwa 40 % der Haufen der Milchstraße befinden sich auf rückläufigen Umlaufbahnen, was bedeutet, dass sie sich in die entgegengesetzte Richtung der Rotation der Milchstraße bewegen. Die Kugelsternhaufen können Rosettenbahnen um die Milchstraße folgen, im Gegensatz zur elliptischen Bahn eines Planeten um einen Stern.

Obwohl die Scheibe Staub enthält, der die Sicht bei einigen Wellenlängen verdeckt, tut dies die Halo-Komponente nicht. In der Scheibe findet aktive Sternentstehung statt (insbesondere in den Spiralarmen, die Bereiche mit hoher Dichte darstellen), aber nicht im Halo, da es wenig kühles Gas gibt, das zu Sternen kollabieren könnte. Offene Cluster befinden sich ebenfalls hauptsächlich auf der Platte.

Entdeckungen im frühen 21. Jahrhundert haben das Wissen über die Struktur der Milchstraße erweitert. Mit der Entdeckung, dass sich die Scheibe der Andromeda-Galaxie (M31) viel weiter ausdehnt als bisher angenommen, ist die Möglichkeit offenkundig, dass sich die Scheibe der Milchstraße weiter ausdehnt, und dies wird durch Beweise aus der Entdeckung der Verlängerung des äußeren Arms der Galaxie gestützt Cygnus-Arm und einer ähnlichen Verlängerung des Scutum-Centaurus-Arms . Mit der Entdeckung der elliptischen Schütze-Zwerggalaxie kam die Entdeckung eines Bandes aus galaktischen Trümmern, als die polare Umlaufbahn des Zwergs und seine Wechselwirkung mit der Milchstraße es auseinanderreißen. In ähnlicher Weise wurde bei der Entdeckung der Canis Major Dwarf Galaxy festgestellt, dass ein Ring aus galaktischen Trümmern aus ihrer Wechselwirkung mit der Milchstraße die galaktische Scheibe umgibt.

Die Sloan Digital Sky Survey des nördlichen Himmels zeigt eine riesige und diffuse Struktur (ausgebreitet über eine Fläche von etwa 5.000 Mal so groß wie ein Vollmond) innerhalb der Milchstraße, die nicht in aktuelle Modelle zu passen scheint. Die Ansammlung von Sternen erhebt sich nahezu senkrecht zur Ebene der Spiralarme der Milchstraße. Die vorgeschlagene wahrscheinliche Interpretation ist, dass eine Zwerggalaxie mit der Milchstraße verschmilzt. Diese Galaxie wird vorläufig Virgo Stellar Stream genannt und befindet sich in Richtung Virgo, etwa 30.000 Lichtjahre (9 kpc) entfernt.

Gasförmiger Heiligenschein

Zusätzlich zum stellaren Halo haben das Chandra-Röntgenobservatorium, XMM-Newton und Suzaku Beweise dafür geliefert, dass es einen gasförmigen Halo mit einer großen Menge an heißem Gas gibt. Der Halo erstreckt sich über Hunderttausende von Lichtjahren, viel weiter als der stellare Halo und nahe an der Entfernung der Großen und Kleinen Magellanschen Wolke . Die Masse dieses heißen Halo entspricht fast der Masse der Milchstraße selbst. Die Temperatur dieses Halo-Gases liegt zwischen 1 und 2,5 Millionen K (1,8 und 4,5 Millionen °F).

Beobachtungen entfernter Galaxien zeigen, dass das Universum etwa ein Sechstel so viel baryonische (gewöhnliche) Materie wie dunkle Materie hatte, als es nur wenige Milliarden Jahre alt war. Aufgrund von Beobachtungen naher Galaxien wie der Milchstraße wird jedoch nur etwa die Hälfte dieser Baryonen im modernen Universum berücksichtigt. Wenn sich der Befund bestätigt, dass die Masse des Halo mit der Masse der Milchstraße vergleichbar ist, könnte dies die Identität der fehlenden Baryonen um die Milchstraße sein.

Galaktische Rotation

Galaxienrotationskurve für die Milchstraße – vertikale Achse ist Rotationsgeschwindigkeit um das galaktische Zentrum; die horizontale Achse ist die Entfernung vom galaktischen Zentrum in kpcs; die Sonne ist mit einem gelben Ball markiert; die beobachtete Kurve der Rotationsgeschwindigkeit ist blau; die vorhergesagte Kurve basierend auf Sternmasse und Gas in der Milchstraße ist rot; Streuung in Beobachtungen grob durch graue Balken angezeigt, der Unterschied ist auf Dunkle Materie zurückzuführen

Die Sterne und das Gas in der Milchstraße rotieren unterschiedlich um ihr Zentrum, was bedeutet, dass die Rotationsperiode mit dem Standort variiert. Wie für Spiralgalaxien typisch, hängt die Umlaufgeschwindigkeit der meisten Sterne in der Milchstraße nicht stark von ihrer Entfernung vom Zentrum ab. Abseits der zentralen Wölbung oder des äußeren Randes liegt die typische Sternumlaufgeschwindigkeit zwischen 210 ± 10 km / s (470.000 ± 22.000 mph). Daher ist die Umlaufzeit des typischen Sterns nur direkt proportional zur Länge des zurückgelegten Weges. Dies unterscheidet sich von der Situation im Sonnensystem, wo die Zwei-Körper-Schwerkraftdynamik dominiert und unterschiedliche Umlaufbahnen mit signifikant unterschiedlichen Geschwindigkeiten verbunden sind. Die Rotationskurve (in der Abbildung dargestellt) beschreibt diese Rotation. In Richtung des Zentrums der Milchstraße sind die Umlaufgeschwindigkeiten zu niedrig, während die Geschwindigkeiten jenseits von 7 kpcs zu hoch sind, um den Erwartungen des universellen Gravitationsgesetzes zu entsprechen.

Wenn die Milchstraße nur die Masse enthalten würde, die in Sternen, Gas und anderer baryonischer (gewöhnlicher) Materie beobachtet wird, würde die Rotationsgeschwindigkeit mit der Entfernung vom Zentrum abnehmen. Die beobachtete Kurve ist jedoch relativ flach, was darauf hindeutet, dass es zusätzliche Masse gibt, die nicht direkt mit elektromagnetischer Strahlung nachgewiesen werden kann. Diese Inkonsistenz wird dunkler Materie zugeschrieben. Die Rotationskurve der Milchstraße stimmt mit der universellen Rotationskurve von Spiralgalaxien überein, dem besten Beweis für die Existenz von Dunkler Materie in Galaxien. Alternativ schlägt eine Minderheit von Astronomen vor, dass eine Modifikation des Gravitationsgesetzes die beobachtete Rotationskurve erklären könnte.

Formation

Geschichte

Die Milchstraße begann kurz nach dem Urknall als eine oder mehrere kleine Überdichten in der Massenverteilung im Universum . Einige dieser Überdichten waren die Keime von Kugelsternhaufen, in denen sich die ältesten verbliebenen Sterne in der heutigen Milchstraße gebildet haben. Fast die Hälfte der Materie in der Milchstraße stammt möglicherweise aus anderen fernen Galaxien. Nichtsdestotrotz bilden diese Sterne und Haufen jetzt den stellaren Halo der Milchstraße. Innerhalb weniger Milliarden Jahre nach der Geburt der ersten Sterne war die Masse der Milchstraße so groß, dass sie sich relativ schnell drehte. Aufgrund der Erhaltung des Drehimpulses führte dies dazu, dass das gasförmige interstellare Medium von einer ungefähr kugelförmigen Form zu einer Scheibe kollabierte. Daher bildeten sich spätere Sternengenerationen in dieser Spiralscheibe. Die meisten jüngeren Sterne, einschließlich der Sonne, befinden sich in der Scheibe.

Seit Beginn der Bildung der ersten Sterne ist die Milchstraße sowohl durch Galaxienverschmelzungen (insbesondere zu Beginn des Wachstums der Milchstraße) als auch durch Akkretion von Gas direkt aus dem galaktischen Halo gewachsen. Die Milchstraße akkretiert derzeit durch den Magellanschen Strom Material von mehreren kleinen Galaxien, einschließlich zweier ihrer größten Satellitengalaxien, der Großen und der Kleinen Magellanschen Wolke . In Hochgeschwindigkeitswolken wie der Smith Cloud wird eine direkte Akkretion von Gas beobachtet . Kosmologische Simulationen deuten darauf hin, dass sie vor 11 Milliarden Jahren mit einer besonders großen Galaxie verschmolzen ist, die als Kraken bezeichnet wurde . Eigenschaften der Milchstraße wie Sternmasse, Drehimpuls und Metallizität in ihren äußersten Regionen deuten jedoch darauf hin, dass sie in den letzten 10 Milliarden Jahren keine Verschmelzungen mit großen Galaxien erlebt hat. Dieser Mangel an jüngsten großen Verschmelzungen ist unter ähnlichen Spiralgalaxien ungewöhnlich; ihre Nachbargalaxie Andromeda scheint eine typischere Geschichte zu haben, die durch jüngere Verschmelzungen mit relativ großen Galaxien geprägt ist.

Aktuellen Studien zufolge liegen sowohl die Milchstraße als auch die Andromeda-Galaxie in dem, was im Farb-Helligkeits-Diagramm der Galaxie als "grünes Tal" bezeichnet wird, einer Region, die von Galaxien bevölkert ist, die sich im Übergang von der "blauen Wolke" befinden (Galaxien, die sich aktiv bilden neue Sterne) bis zur "roten Folge" (Galaxien ohne Sternentstehung). Die Sternentstehungsaktivität in Green-Valley-Galaxien verlangsamt sich, da ihnen das Sternentstehungsgas im interstellaren Medium ausgeht. In simulierten Galaxien mit ähnlichen Eigenschaften wird die Sternentstehung typischerweise innerhalb von etwa fünf Milliarden Jahren erloschen sein, was sogar den erwarteten kurzfristigen Anstieg der Sternentstehungsrate aufgrund der Kollision zwischen der Milchstraße und der Andromeda berücksichtigt Galaxis. Tatsächlich deuten Messungen anderer Galaxien, die der Milchstraße ähnlich sind, darauf hin, dass sie zu den rötesten und hellsten Spiralgalaxien gehört, die immer noch neue Sterne bilden, und sie ist nur geringfügig blauer als die blauesten Galaxien der roten Sequenz.

Alter und kosmologische Geschichte

Vergleich des Nachthimmels mit dem Nachthimmel eines hypothetischen Planeten innerhalb der Milchstraße vor 10 Milliarden Jahren, in einem Alter von etwa 3,6 Milliarden Jahren und 5 Milliarden Jahre vor der Entstehung der Sonne.

Kugelsternhaufen gehören zu den ältesten Objekten in der Milchstraße, die damit eine untere Grenze für das Alter der Milchstraße setzen. Das Alter einzelner Sterne in der Milchstraße kann abgeschätzt werden, indem die Häufigkeit langlebiger radioaktiver Elemente wie Thorium-232 und Uran-238 gemessen und die Ergebnisse dann mit Schätzungen ihrer ursprünglichen Häufigkeit verglichen werden, eine Technik, die als Nukleokosmochronologie bezeichnet wird . Diese ergeben Werte von etwa 12,5 ± 3 Milliarden Jahren für CS 31082-001 und 13,8 ± 4 Milliarden Jahren für BD +17° 3248 . Sobald ein Weißer Zwerg gebildet ist, beginnt er einer Strahlungskühlung zu unterliegen und die Oberflächentemperatur sinkt stetig. Indem die Temperaturen der kühlsten dieser Weißen Zwerge gemessen und mit ihrer erwarteten Anfangstemperatur verglichen werden, kann eine Altersschätzung vorgenommen werden. Mit dieser Technik wurde das Alter des Kugelsternhaufens M4 auf 12,7 ± 0,7 Milliarden Jahre geschätzt . Altersschätzungen des ältesten dieser Cluster ergeben eine am besten passende Schätzung von 12,6 Milliarden Jahren und eine 95-prozentige Vertrauensobergrenze von 16 Milliarden Jahren.

Im November 2018 meldeten Astronomen die Entdeckung eines der ältesten Sterne im Universum . 2MASS J18082002-5104378 B ist etwa 13,5 Milliarden Jahre alt und ein winziger ultrametallarmer (UMP) Stern, der fast ausschließlich aus Materialien besteht, die beim Urknall freigesetzt wurden, und möglicherweise einer der ersten Sterne ist. Die Entdeckung des Sterns in der Milchstraße deutet darauf hin, dass die Galaxie mindestens 3 Milliarden Jahre älter sein könnte als bisher angenommen.

Im Halo der Milchstraße wurden mehrere einzelne Sterne gefunden, deren gemessenes Alter dem 13,80-Milliarden-Jahre- Alter des Universums sehr nahe kommt . Im Jahr 2007 wurde ein Stern im galaktischen Halo, HE 1523-0901, auf etwa 13,2 Milliarden Jahre geschätzt. Als damals ältestes bekanntes Objekt in der Milchstraße setzte diese Messung eine untere Grenze für das Alter der Milchstraße. Diese Schätzung wurde unter Verwendung des UV-Visual Echelle Spectrograph des Very Large Telescope durchgeführt, um die relativen Stärken von Spektrallinien zu messen, die durch das Vorhandensein von Thorium und anderen durch den R-Prozess erzeugten Elementen verursacht werden . Die Linienstärken ergeben Häufigkeiten verschiedener elementarer Isotope, aus denen mittels Nukleokosmochronologie eine Schätzung des Alters des Sterns abgeleitet werden kann . Ein weiterer Stern, HD 140283, ist 14,5 ± 0,7 Milliarden Jahre alt.

Laut Beobachtungen, bei denen adaptive Optiken zur Korrektur der atmosphärischen Verzerrung der Erde verwendet wurden, sind die Sterne in der Ausbuchtung der Galaxie etwa 12,8 Milliarden Jahre alt.

Das Alter der Sterne in der galaktischen dünnen Scheibe wurde auch mithilfe der Nukleokosmochronologie geschätzt. Messungen an dünnen Scheibensternen ergeben eine Schätzung, dass sich die dünne Scheibe vor 8,8 ± 1,7 Milliarden Jahren gebildet hat. Diese Messungen deuten darauf hin, dass zwischen der Entstehung des galaktischen Halo und der dünnen Scheibe eine Lücke von fast 5 Milliarden Jahren lag. Jüngste Analysen der chemischen Signaturen von Tausenden von Sternen deuten darauf hin, dass die Sternbildung zum Zeitpunkt der Scheibenbildung vor 10 bis 8 Milliarden Jahren um eine Größenordnung zurückgegangen sein könnte, als interstellares Gas zu heiß war, um mit der gleichen Geschwindigkeit neue Sterne zu bilden wie vorher.

Die Satellitengalaxien, die die Milchstraße umgeben, sind nicht zufällig verteilt, sondern scheinen das Ergebnis eines Zusammenbruchs eines größeren Systems zu sein, das eine Ringstruktur mit einem Durchmesser von 500.000 Lichtjahren und einer Breite von 50.000 Lichtjahren erzeugt. Nahe Begegnungen zwischen Galaxien, wie sie in 4 Milliarden Jahren mit der Andromeda-Galaxie erwartet werden, reißen riesige Gasschweife ab, die sich im Laufe der Zeit zu Zwerggalaxien in einem Ring in einem beliebigen Winkel zur Hauptscheibe zusammenschließen können.

Intergalaktische Nachbarschaft

Diagramm der Galaxien in der Lokalen Gruppe relativ zur Milchstraße
Die Position der Local Group innerhalb des Laniakea Superclusters

Die Milchstraße und die Andromeda-Galaxie sind ein binäres System riesiger Spiralgalaxien, die zu einer Gruppe von 50 eng verbundenen Galaxien gehören, die als Lokale Gruppe bekannt ist, umgeben von einer Lokalen Leere, die selbst Teil des Lokalblatts und wiederum des Virgo-Superhaufens ist . Um den Virgo-Superhaufen herum befinden sich eine Reihe von Voids ohne viele Galaxien, das Microscopium-Void im „Norden“, das Sculptor-Void auf der „Linken“, das Bootes-Void auf der „Rechten“ und das Canes-Major-Void im „Norden“. Süden". Diese Hohlräume verändern im Laufe der Zeit ihre Form und bilden fadenförmige Strukturen von Galaxien. Der Virgo-Supercluster zum Beispiel wird zum Großen Attraktor hingezogen, der wiederum Teil einer größeren Struktur namens Laniakea ist .

Zwei kleinere Galaxien und eine Reihe von Zwerggalaxien in der Lokalen Gruppe umkreisen die Milchstraße. Die größte davon ist die Große Magellansche Wolke mit einem Durchmesser von 14.000 Lichtjahren. Sie hat einen engen Begleiter, die Kleine Magellansche Wolke . Der Magellansche Strom ist ein Strom neutralen Wasserstoffgases, der sich von diesen beiden kleinen Galaxien über 100° des Himmels erstreckt. Es wird angenommen, dass der Strom bei Gezeitenwechselwirkungen mit der Milchstraße aus den Magellanschen Wolken gezogen wurde. Einige der Zwerggalaxien, die die Milchstraße umkreisen, sind Canis Major Dwarf (die nächste), Sagittarius Dwarf Elliptical Galaxy, Ursa Minor Dwarf, Sculptor Dwarf, Sextans Dwarf, Fornax Dwarf und Leo I Dwarf . Die kleinsten Zwerggalaxien der Milchstraße haben einen Durchmesser von nur 500 Lichtjahren. Dazu gehören Carina-Zwerg, Draco-Zwerg und Leo-II-Zwerg . Es kann immer noch unentdeckte Zwerggalaxien geben, die dynamisch an die Milchstraße gebunden sind, was durch die Entdeckung von neun neuen Satelliten der Milchstraße in einem relativ kleinen Bereich des Nachthimmels im Jahr 2015 gestützt wird. Es gibt auch einige Zwerggalaxien, die dies getan haben bereits von der Milchstraße aufgenommen wurden, wie der Vorläufer von Omega Centauri .

2014 berichteten Forscher, dass die meisten Begleitgalaxien der Milchstraße in einer sehr großen Scheibe liegen und in derselben Richtung umkreisen. Das kam überraschend: Gemäß der Standardkosmologie sollten sich die Satellitengalaxien in Halos aus dunkler Materie bilden, und sie sollten weit verteilt sein und sich in zufällige Richtungen bewegen. Diese Diskrepanz ist noch nicht vollständig geklärt.

Im Januar 2006 berichteten Forscher, dass die bisher unerklärliche Verkrümmung in der Scheibe der Milchstraße nun kartiert wurde und sich als eine Welle oder Vibration herausstellte, die von der Großen und Kleinen Magellanschen Wolke erzeugt wurde, wenn sie die Milchstraße umkreisen und dabei Vibrationen verursachen durch seine Kanten gehen. Bisher galten diese beiden Galaxien mit rund 2 % der Masse der Milchstraße als zu klein, um die Milchstraße zu beeinflussen. In einem Computermodell erzeugt die Bewegung dieser beiden Galaxien jedoch einen Nachlauf aus dunkler Materie, der ihren Einfluss auf die größere Milchstraße verstärkt.

Aktuelle Messungen deuten darauf hin, dass sich die Andromeda-Galaxie uns mit 100 bis 140 km/s (220.000 bis 310.000 mph) nähert. In 3 bis 4 Milliarden Jahren kann es eine Andromeda-Milchstraßen-Kollision geben, abhängig von der Bedeutung unbekannter seitlicher Komponenten für die relative Bewegung der Galaxien. Wenn sie kollidieren, ist die Wahrscheinlichkeit, dass einzelne Sterne miteinander kollidieren, äußerst gering, stattdessen werden die beiden Galaxien im Laufe von etwa einer Milliarde Jahren zu einer einzigen elliptischen Galaxie oder vielleicht zu einer großen Scheibengalaxie verschmelzen.

Geschwindigkeit

Obwohl die spezielle Relativitätstheorie besagt, dass es keinen „bevorzugten“ Trägheitsbezugssystem im Weltraum gibt, mit dem die Milchstraße verglichen werden könnte, hat die Milchstraße eine Geschwindigkeit in Bezug auf kosmologische Bezugssysteme .

Ein solcher Bezugsrahmen ist der Hubble-Fluss, die scheinbare Bewegung von Galaxienhaufen aufgrund der Ausdehnung des Weltraums . Einzelne Galaxien, einschließlich der Milchstraße, haben im Verhältnis zur durchschnittlichen Strömung besondere Geschwindigkeiten . Um die Milchstraße mit dem Hubble-Fluss zu vergleichen, muss man also ein Volumen betrachten, das groß genug ist, damit die Expansion des Universums über lokale, zufällige Bewegungen dominiert. Ein ausreichend großes Volumen bedeutet, dass die mittlere Bewegung der Galaxien innerhalb dieses Volumens gleich dem Hubble-Fluss ist. Astronomen glauben, dass sich die Milchstraße mit ungefähr 630 km/s (1.400.000 mph) in Bezug auf diesen lokalen Bezugsrahmen bewegt. Die Milchstraße bewegt sich in die allgemeine Richtung des Großen Attraktors und anderer Galaxienhaufen, einschließlich des Shapley-Superhaufens, dahinter. Die Lokale Gruppe (ein Haufen gravitativ gebundener Galaxien, der unter anderem die Milchstraße und die Andromeda-Galaxie enthält) ist Teil eines Superhaufens namens Lokaler Superhaufen, der in der Nähe des Virgo -Haufens zentriert ist : obwohl sie sich bei 967 km voneinander entfernen /s (2.160.000 mph) als Teil des Hubble-Flusses, ist diese Geschwindigkeit aufgrund der Anziehungskraft zwischen der Lokalen Gruppe und dem Virgo-Haufen geringer als angesichts der Entfernung von 16,8 Millionen PC zu erwarten wäre.

Ein weiterer Referenzrahmen ist der kosmische Mikrowellenhintergrund (CMB). Die Milchstraße bewegt sich mit 552 ± 6 km / s (1.235.000 ± 13.000 mph) in Bezug auf die Photonen des CMB in Richtung 10,5 Rektaszension, -24 ° Deklination ( J2000- Epoche, nahe dem Zentrum von Hydra ). Diese Bewegung wird von Satelliten wie dem Cosmic Background Explorer (COBE) und der Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) als Dipolbeitrag zum CMB beobachtet, da Photonen im Gleichgewicht im CMB -Koordinatensystem in Bewegungsrichtung blauverschoben werden und in die entgegengesetzte Richtung rotverschoben .

Siehe auch

Anmerkungen

Verweise

Weiterlesen

Externe Links