Gaaxies

Wie groß ist die Milchstraße?

2024

Wir leben in der Milchstraße, und das ist ein Problem.

Für Wissenschaftler also, die verstehen wollen, wie groß unsere Galaxie ist. Das ist schwer zu beantworten! Weil wir uns zum Beispiel darin befinden, wird vieles davon durch undurchsichtige Staubwolken versperrt. Außerdem kann es schwierig sein, das Ausmaß und die Form eines Objekts, in dem Sie sich befinden, in den Griff zu bekommen. Wenn Sie sich in einem Raum in einem Haus befinden, woran können Sie dann erkennen, wie groß das Haus ist?

Zum Glück gibt die Natur Hinweise. Wir sehen ein verschwommenes Lichtband am Himmel, und nenne es die Milchstraße – es ist eigentlich das kombinierte Licht von Milliarden entfernter Sterne. Es ist eine dicke Linie, und das sagt uns, dass ein Großteil der Galaxie flach ist: Wir befinden uns in einer dicken Sternenscheibe, also sehen wir sie als Lichtstrom über den Himmel projiziert.

Wir können auch eine Ausbuchtung von Sternen in der Mitte sehen, die echt ist. Spiralarme in der Scheibe sind schwieriger zu erkennen, aber Radiobeobachtungen zeigen sie deutlich und ermöglichen es uns, die Form und Struktur der Galaxie auf der anderen Seite klar abzubilden. Indem wir Sterne betrachten, die ihre Helligkeit auf vorhersehbare Weise ändern, können wir die Form und Ausdehnung der Scheibe messen, feststellen, dass sie verbogen ist (wie die Krempe eines Fedoras) und einen Durchmesser von satten 120.000 Lichtjahren hat – 120 Billiarden Kilometer!

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Hineinzoomen

Der Warp der Milchstraße ist offensichtlich, wenn die Positionen der Cepheiden-Sterne mit einer Karte der Galaxie von der Kante gesehen werden. Auch die Aufweitung (Verdickung der Scheibe mit Abstand vom Zentrum) ist deutlich zu erkennen. Kredit: J. Skowron / OGLE / Astronomisches Observatorium, Universität Warschau

Wir wissen auch, dass Galaxien wie unsere von einem riesigen Sternenhof sowie dunkler Materie umgeben sind. Letzteres besteht aus Wir-weiß-nicht-was , wahrscheinlich eine exotische Form subatomarer Teilchen, die über die Schwerkraft Einfluss auf die Galaxie ausübt. Von der Masse her übertrifft sie bei weitem das, was wir 'normale' Materie nennen (obwohl, wenn man darüber nachdenkt, wenn es da draußen mehr dunkle Materie gibt, sollte das das sein, was wir als normal bezeichnen), wahrscheinlich um den Faktor fünf oder mehr.

Aber wie groß ist dieser Heiligenschein? Es ist bei weitem die größte Struktur in unserer Galaxie und definiert wohl, wie groß die Milchstraße wirklich ist, aber sie ist für unsere Augen äußerst dunkel oder unsichtbar, daher ist es schwierig, ihre Größe zu bestimmen.

der geber von lois lowry book

Hineinzoomen

Die Struktur der Milchstraße: Eine abgeflachte Scheibe mit spiralförmigen Armen (von der Vorderseite nach links und von der Kante nach rechts gesehen), mit einer zentralen Ausbuchtung, einem Halo und mehr als 150 Kugelsternhaufen. Die Position der Sonne etwa auf halbem Weg ist angegeben. Kredit: Links: NASA/JPL-Caltech; rechts: ESA; Layout: ESA/ATG medialab

Ein Team von Astronomen hat sich kürzlich mit diesem Thema befasst . Sie verwendeten Computermodelle, die zeigten, wie sich Galaxien bilden und sich entwickeln, um zu sehen, ob der Halo einer Galaxie wie der Milchstraße eine natürliche Kante hat, etwas, wo man ein Zeichen setzen und sagen kann: 'Hier endet die Galaxie.' Es ist nicht so einfach – Halos neigen dazu, allmählich zu verblassen, anstatt zu einem harten Stopp zu kommen – aber mit diesen Modellen und Beobachtungen kleinerer Galaxien um uns herum stellen sie fest, dass sich der Halo der Milchstraße bis zu 950.000 Lichtjahre vom Zentrum entfernt erstreckt, was bedeutet unsere Galaxie ist doppelt so groß: 1,9 Millionen Lichtjahre.

Ein Hinweis zur Vorsicht, jedoch; die Unsicherheit hierüber beträgt etwa ±200.000 Lichtjahre. Es ist nicht genau. Aber wie ich oben sagte, messen sie nicht wirklich eine Kante.

Interessant war auch die Vorgehensweise. In den frühen Tagen des Universums bildeten sich Galaxien aus Gaswolken und dunkler Materie. Meistens war dieses Zeug überall verteilt, aber es gab lokale Orte mit höherer Dichte, sodass Material (buchstäblich) dorthin gravitierte. Sobald sich ein Kern aus Material gebildet hatte, fielen Dinge von weiter außen hinein und dann weiter heraus und so weiter. Es ist ein Inside-Out-Prozess.

Der Halo würde sich aus Material ziemlich weit draußen bilden. Es würde in Richtung der entstehenden Galaxie fallen, und ein Großteil davon würde wieder herausschwingen. Dies bildet zwei Arten von Kanten zum Halo. Eine wird als 'Splashback'-Kante bezeichnet, bei der Dinge aus dem Halo hineinfallen und dann wieder herausfallen; wo es bis zum Stillstand verlangsamt wird, definiert diese Region. Die Materie häuft sich dort an, weil sie sich langsam bewegt, und außerhalb davon bekommt man einen großen Dichteabfall.

Eine weitere Kante liegt näher in der Mitte und wird als '2. Ätzmittel' bezeichnet. Hier ist ein paar Mal Material um die Galaxie gefallen und hat sich ein wenig niedergelassen (was Astronomen nennen 'virialisiertes' Material ). Die Wissenschaftler in dieser neuen Arbeit haben diese zweite verwendet, um die Größe der Milchstraße zu bestimmen, weil die äußere dazu neigt, sich mit Halos von anderen Galaxien (wie Andromeda, die 2,5 Millionen Lichtjahre entfernt ist) zu überlappen, und auch weil sie das herausgefunden haben dieser Abstand funktioniert sowohl bei der Modellierung von Dunkler Materie als auch von Sternen.

Sie untersuchten auch das Verhalten von Zwerggalaxien in unserer Lokalen Gruppe von Galaxien und fanden heraus, dass sich solche, die näher an der Milchstraße als diese zweite Kaustik liegen, dazu neigen, sich mit einer anderen Geschwindigkeit durch den Weltraum zu bewegen als weiter entfernte. Sie kommentieren, dass dies Zufall sein könnte, aber es könnte auch eine physikalische Beziehung sein, die sie gravitativ mit der Milchstraße haben. Wenn dies der Fall ist, ist dies ein weiterer Beweis dafür, dass dies eine gute Wahl für das Limit ist.

Hier bitteschön. Wir leben auf einem Planeten, der in einer Spiralgalaxie mit einem viel größeren Halo, der sich über fast zwei Millionen Lichtjahre erstreckt, etwa 40% des Weges vom Zentrum zum Rand der Scheibe umkreist. Nicht die größte Galaxie, die wir kennen, aber auch keine zum Niesen.