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10 galaktische Geheimnisse der Milchstraße
Der Raum ist voller Geheimnisse. Von den Fragen, die wir noch über Sterne zu den Planeten und Monden in unserem eigenen Sonnensystem beantworten müssen, ist mit unseren Teleskopen viel zu tun. Einige Mysterien sind jedoch noch größer und die folgenden sind buchstäblich galaktisch.
10Geburtsort der Sonne
Sterne wie unsere Sonne werden in Clustern mit anderen ähnlichen Sternen geboren. Diese Sterngeschwister bilden sich aus derselben Gaswolke und haben daher dieselbe chemische Zusammensetzung. Wir haben jedoch 100.000 Sterne in 325 Lichtjahren Entfernung von der Erde untersucht und nur zwei gefunden, die der Sonne sehr nahe kommen. Unsere Sonne ist allein, was bedeutet, dass sie vor 4,5 Milliarden Jahren entweder aus ihrem Cluster getreten oder vertrieben wurde.
Ein guter Kandidat für seinen Geburtsort war Messier 67, ein Cluster in der Krebskonstellation in etwa 2.900 Lichtjahren Entfernung. Die Sterne dort haben ein ähnliches Alter, eine ähnliche Temperatur und Chemie wie unsere Sonne. Allerdings haben Astrophysiker von der National Autonomous University of Mexico 2012 Simulationen durchgeführt und festgestellt, dass M67 einfach nicht funktioniert.
Die Sonne hätte eine unwahrscheinliche Ausrichtung von mehreren massiven Sternen benötigt, um sie auszustoßen, und die notwendige Geschwindigkeit hätte die Planetenscheibe auseinander gerissen und die Erde daran gehindert, sich jemals zu bilden. Außerdem ist die vertikale Bewegung von M67 in der galaktischen Ebene fünfmal größer als die der Sonne, und sie sollten gleich sein.
Es ist möglich, dass der Sonnenhaufen der Sonne einfach nicht mehr existiert, und alle seine Cousins sind auseinander gerissen. Eine andere Hypothese besagt, dass es näher an das Zentrum der Galaxie kam, wo sich viele sonnenähnliche Sterne befinden.
Die beste Chance, die Antwort zu finden, ist der europäische Satellit Gaia. Gaia wurde 2013 ins Leben gerufen und bildet die chemische Zusammensetzung von einer Milliarde Sternen ab. Die Mission soll 2018 beendet sein und wird ein beispielloses Wissen über die Entwicklung der Galaxie vermitteln.
9Wellen aus Sternen
Entdeckungen in der Astronomie werden oft nicht nur durch das Durchschauen eines Teleskops und durch das Sehen dessen gemacht. Manchmal produziert ein Observatorium aus einem Teil des Himmels eine Vielzahl von Daten, und Wissenschaftler brauchen Jahre, um Schlussfolgerungen aus den Informationen zu ziehen. Der Sloan Digital Sky Survey ist ein solches Projekt. Mit einem Teleskop in New Mexico hat es das letzte Jahrzehnt damit verbracht, 930.000 Galaxien, 120.000 Quasare und fast eine halbe Million Sterne in der Milchstraße zu beobachten.
Mit diesen Daten bemerkte ein Team von Astronomen etwas über die vertikale Verteilung der Sterne. Diese klumpen oft zusammen, und das Team bemerkte bei 300.000 Sternen ein Muster, das einer Schallwelle gleicht. Sie prägten den Begriff "Kosmoseismologie" für ihr Papier, was darauf hindeutet, dass die Galaxie durch "etwas wie eine Glocke" geklungen wurde.
Die wahrscheinlichste Erklärung ist, dass etwas in den letzten 100 Millionen Jahren mit unserer Galaxie kollidiert und durch sie hindurchgegangen ist. Die Forscher konnten nicht herausfinden, was es sich möglicherweise um eine Zwerggalaxie oder möglicherweise um eine Struktur der dunklen Materie handelt. Es kann mehrere Ereignisse gegeben haben, und sie stellen sogar fest, dass die Welle das Ergebnis eines laufenden Ereignisses sein kann.
Noch einmal hoffen die Forscher, dass die von Gaia erfassten Milliarden Sterne Antworten liefern werden. Sie vermuten, dass es in der Galaxie ein reiches Muster von Wellenstrukturen gibt, das ein völlig neues Fenster in seine Geschichte öffnet.
8Hochgeschwindigkeitswolken
Hochgeschwindigkeitswolken (HVCs) wurden 1963 entdeckt. Diese Ansammlungen von interstellarem Gas bewegen sich in verschiedenen Geschwindigkeiten und Richtungen zur Rotation der Milchstraße, wobei sie sich um mindestens 50 Kilometer pro Sekunde bewegen. Sie bestehen meistens aus Wasserstoff und es wird angenommen, dass sie aus dem intergalaktischen Raum in die Galaxie fallen. Woher sie kommen, muss jedoch noch gelöst werden.
Jan Oort, einer der Entdecker der Wolken, meinte, das Gas sei ein Überbleibsel der Galaxienbildung. Eine andere Erklärung ist, dass das aus der Milchstraße ausgestoßene Gas als galaktischer Brunnen zurückfällt. Wenn dies der Fall wäre, wäre das aufsteigende Gas aufgrund des anderen Materials kaum zu erkennen.
Das Material kann von Objekten stammen, die sich im Orbit um unsere Galaxie befinden. Ein solcher Gegenstand ist Complex H, eine kleine Galaxie selbst, von der man annimmt, dass sie sich in einer rückläufigen Umlaufbahn um die Milchstraße befindet. Wenn es sich bewegt, scheidet es Gas in unsere Galaxie aus.
Eine HVC, Smith's Cloud, bewegt sich mit etwa 73 Kilometern pro Sekunde auf die Scheibe der Milchstraße zu und wird in etwa 27 Millionen Jahren mit unserer Galaxie verschmelzen. Ihre Flugbahn lässt vermuten, dass sie bereits vor 70 Millionen Jahren die Milchstraße durchlaufen hat. Dies hätte die Wolke zerreißen sollen, und Wissenschaftler glauben, dass ein Halo aus dunkler Materie sie zusammengehalten haben könnte.
7Magellanschen Wolken
Magellansche Wolken sind Begleitgalaxien der Milchstraße, die im 16. Jahrhundert auf der Pionierreise von Ferdinand Magellan auf der ganzen Welt entdeckt wurden. Die Große Magellansche Wolke ist 14.000 Lichtjahre lang und ungefähr 160.000 Lichtjahre von der Erde entfernt. Die kleine Magellansche Wolke ist nur halb so groß wie ihr Cousin, aber 30.000 Lichtjahre weiter. Zum Vergleich: Die Milchstraße hat einen Durchmesser von 140.000 Lichtjahren.
Die Wolken sind 13 Milliarden Jahre alt und sollen die Milchstraße umkreisen. Messungen von Hubble legen jedoch nahe, dass sie sich doppelt so schnell bewegen, wie wir ursprünglich gedacht hatten. In diesem Fall sollte die Milchstraße nicht massiv genug sein, um sie im Orbit zu halten. Herauszufinden, ob sie sich im Orbit befinden, ist zu einem neuen Rätsel geworden. Wenn dies der Fall ist, könnte die Milchstraße doppelt so massiv sein wie bisher angenommen.
Ob die Wolken hier bleiben oder nur vorbeiziehen, sie ziehen viele Geheimnisse an. Wissenschaftler haben vor kurzem eine vier Jahrzehnte lange Frage nach der Quelle des Magellanischen Stroms gelöst, einem Gasband, das sich auf halbem Weg um die Milchstraße erstreckt.Sie stellten fest, dass das meiste davon aus der kleineren Wolke stammte, obwohl der Gehalt an Sauerstoff und Schwefel in neueren Regionen der größeren Wolke entspricht.
Im Jahr 2007 hat das australische Parkes-Teleskop eine Welle von Radiowellen aufgenommen, als es die kleine Wolke untersuchte. Die Kraft hinter der Explosion deutet auf ein extremes Ereignis wie einen Zusammenstoß von Neutronensternen oder den Tod eines Schwarzen Lochs hin. Es kam fast sicher aus weiter Entfernung als die Wolke, aber die genaue Quelle bleibt ein Rätsel.
6Galaxie X
Die populärste Theorie der astronomischen Verschwörung ist die Existenz von "Planet X". Sie legt nahe, dass ein Planet in der Größe eines Jupiters die Sonne auf einer unberechenbaren Umlaufbahn umkreist, die von der NASA heimlich verfolgt wird. Obwohl es viele Probleme mit dieser Idee gibt, besteht die Möglichkeit, dass es "Galaxy X" gibt. Es ist eine Zwerggalaxie auf der gegenüberliegenden Seite der Milchstraße, die wir aufgrund des Gases nicht sehen können und Staub auf dem Weg. Galaxy X wäre bis zu 85 Prozent dunkle Materie.
Der theoretische Astronom der Universität Berkeley, Sukanya Chakrabarti, führt die Jagd an. Sie hat eine Methode entwickelt, um dunkle Galaxien zu finden, indem Welligkeiten in der Verteilung von Wasserstoffgas in Spiralgalaxien untersucht werden. Wasserstoffgas ragt bis zu fünfmal weiter aus dem Zentrum der Galaxie heraus als die mit Sternen bevölkerte Region, und umlaufende Galaxien erzeugen so Wellen im Gas.
Chakrabarti sagt voraus, dass Galaxy X etwa ein Hundertstel der Milchstraße haben wird. Die Methode, die verborgene Galaxie zu finden, wurde an anderen Galaxien mit einem bekannten Begleiter getestet und kann Körper finden, die nur ein Zehntel so massiv sind wie dieser.
5Das Lithium-Problem
Das Lithiumproblem ist einer der seit langem bestehenden Probleme der Kosmologie. Lithium ist nach Wasserstoff und Helium das drittleichteste Element im Universum, und Modelle des Urknalls sagen voraus, welche Ebenen dieser Elemente wir erwarten sollten. Diese Modelle funktionieren für alles außer Lithium.
In den ältesten Sternen der Milchstraße liegt das Isotop Lithium-7 bei etwa einem Drittel der erwarteten Werte. Lithium-6 erscheint etwa 1.000 Mal zu viel, obwohl es viel schwieriger ist, es zu zählen.
Keine Erklärung hat funktioniert. Mögliche Antworten werfen die Menge anderer Elemente ab. Und das Problem ist nur schwieriger geworden. Eine Astrophysik-Arbeit von 2008 reflektierte die Art und Weise, wie Kosmologen mit dem Titel darüber sprechen Eine bittere Pille: Das ursprüngliche Lithiumproblem verschlechtert sich.
Forschungsergebnisse, die darauf hindeuten, dass die frühe Galaxie mit Mikroquasaren bevölkert wurde. Diese schwarzen Minilöcher erzeugen superheißes Plasma mit genügend Energie, um Wasserstoff mit Helium zu verschmelzen. 2012 berechnete ein Team aus Schweden und Deutschland, dass, wenn 1 Prozent der Mikroquasare der Milchstraße Lithium-7 produzieren würden, sie eine ähnliche Menge produzieren würden wie vom Urknall erwartet. Kurz gesagt: Microquasare machen das Lithium-Problem doppelt so groß.
Eine neuere Erklärung beruht auf der Existenz von Axionen, einem theoretischen Teilchen der dunklen Materie. Die Vorhersage von Lithium-7-Spiegeln hängt von Berechnungen der Lichtmenge im frühen Universum ab. Dies wird aus dem kosmischen Mikrowellenhintergrund herausgearbeitet, der nach etwa 380.000 Jahren auftrat. Axions könnten in dieser Zeit Photonen gekühlt haben, was dazu führte, dass wir die Lichtmenge unterschätzen und Lithium-7 daher überschätzen.
Dies ist alles andere als eine Antwort, da dies die Existenz von doppelt so vielen Neutrinos implizieren würde, wie wir derzeit festgestellt haben. Darüber hinaus sind Axionen nicht einmal der führende Kandidat, um dunkle Materie zu erklären - und existieren möglicherweise überhaupt nicht.
4Galactic Warp
In vielen Galaxien ist der Staub und das Gas zwischen den Sternen in einer dünnen Schicht konzentriert. Unsere Milchstraße ist keine Ausnahme. „Dünn“ ist natürlich relativ - die Scheibe ist an ihren dünnsten Stellen etwa 240 Lichtjahre dick, aber das ist immer noch ein winziger Bruchteil der Breite der Galaxie. Wir sind tief in diese Schicht eingebettet, die fast ausschließlich aus atomarem Wasserstoff und Helium besteht.
Während einige dieser Platten flach sind, sind viele von ihnen gebogen und gekrümmt. Dies wird als galaktischer Warp bezeichnet. Einige sehen aus wie das Integralzeichen, das in der Zahnsteinrechnung verwendet wird, oder einen gestreckten Buchstaben S. Einige sind U-förmig, andere haben überhaupt keine Symmetrie. Mehrere Dinge können die Warps verursachen. In der Tat scheint es wahrscheinlich, dass es einen laufenden Prozess geben muss, da die Modelle darauf schließen lassen, dass die Ketten mit der Zeit abflachen würden, wenn sich Galaxien einfach so ausbilden würden.
In der Milchstraße ist die Scheibe relativ zu der Ebene der Galaxie, in der wir uns befinden, flach. In einer Richtung krümmt er sich nördlich der galaktischen Ebene, in der entgegengesetzten Richtung biegt er sich ab, bevor er sich am Ende wieder einrollt. In vielerlei Hinsicht ähnelt es einer Welle.
Wissenschaftler von UC Berkeley konnten die Warp als eine Kombination von drei Vibrationen in der Scheibe beschreiben. Die erste ist ein Flattern an den Kanten, kombiniert mit einer sinusförmigen Welle wie der Haut einer Trommel und einer sattelförmigen Schwingung. Zusammen geben sie unserer Galaxie eine Note von 64 Oktaven unter dem mittleren C.
Sie glauben, dass eine wahrscheinliche Erklärung auf die Magellanschen Wolken zurückzuführen ist, die durch den Halo der dunklen Materie rund um die Milchstraße pflügen. Die Wechselwirkung der Wolken wurde zuvor außer Acht gelassen, weil sie der Meinung war, dass sie nicht genügend Masse hatten, um die Verwerfung zu verursachen. Die Forscher vermuten, dass eine Schwingung im Halo, während sich die Wolken wie in einem Schiff bewegen, durch die Galaxie schwingen und die Scheibe zum Verziehen bringen könnte.
3Diffuse Interstellare Bands
Seit ihrer Entdeckung im 19. Jahrhundert war die Spektroskopie eine der wichtigsten Techniken der Astronomie. Dazu gehört es, die Wellenlänge der Strahlung von Objekten im Weltraum zu untersuchen, um unter anderem herauszufinden, woraus sie bestehen.Jedes Atom und Molekül absorbiert unterschiedliche Lichtwellenlängen. Indem wir die Muster im Licht untersuchen, die uns erreichen, können wir herausfinden, was passiert ist.
Im Jahr 1922 beobachtete die Astronomin Mary Lea Heger Banden, die mit nichts übereinstimmten, von dem wir wussten. Die Wissenschaftler schlussfolgerten, dass diese Bands das Ergebnis waren etwas im interstellaren Raum, aber sie hatten keine Ahnung was.
Hunderte Banden wurden im infraroten, ultravioletten und sichtbaren Spektrum entdeckt. Die Ursache für diese diffusen interstellaren Banden wurde zum "klassischen spektroskopischen Problem des 20. Jahrhunderts". Bücher waren voller Spekulationen und "alle denkbaren Formen der Materie" so viel wie 10 Prozent des Kohlenstoffs der Galaxie.
Im Jahr 2011 wurden erstmals diffuse interstellare Banden in Richtung Kern der Milchstraße gefunden. Dies ist ein Hinweis: Die Moleküle können offenbar der rauen Umgebung des Zentrums unserer Galaxie widerstehen. Die neuen Banden wurden auch im Infrarotspektrum weiter gefunden als je zuvor.
Thomas Geballe, ein in Hawaii arbeitender Astronom, hofft, dass die neuen Beobachtungen die wissenschaftliche Gemeinschaft einer Antwort näher bringen könnten. Die Moleküle könnten tatsächlich einen Hinweis auf die Ursprünge des Lebens geben, da die Banden von komplexen Chemikalien stammen können, die dazu beigetragen haben, die Erde zu säen.
2Hypervelocity Stars
Die meisten Sterne umkreisen das galaktische Zentrum mit ungefähr derselben Geschwindigkeit wie unsere Sonne, etwa 230 Kilometer pro Sekunde. Doch einige Sterne, rund einer von einer Milliarde, sind dreimal schneller unterwegs. Sie sind als Hyper-Sterne bekannt. Die erste wurde 2005 von Astronomen des Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics entdeckt, aber seitdem haben wir Dutzende gefunden.
Das Interessante an ihnen ist, dass sie sich so schnell bewegen, dass sie dem Orbit der Galaxie völlig entkommen können. Das Geheimnisvolle an ihnen ist die Quelle dieser Geschwindigkeit.
Es wird angenommen, dass einer der schnellsten, die je entdeckt wurden, HE 0437-5439, eine komplizierte Vergangenheit hat. Die Theorie besagt, dass ein Drei-Sterne-System das Zentrum der Galaxie passiert hat, als das zentrale Schwarze Loch einen Stern herausriss. Das warf die anderen beiden weg, die später mit 2,5 Millionen Kilometern pro Stunde aus dem milden Weg in den super heißen blauen Riesen verschmolzen.
LAMOST-HVS1, der der Erde am nächsten gelegene Stern mit Hypergeschwindigkeit, wurde möglicherweise durch eine Interaktion mit dem zentralen Schwarzen Loch herausgefahren. Es könnte aber von der Scheibe stammen, was auf ein schwarzes Loch mit mittlerem Gewicht in unserer Galaxie hinweist. Sie befinden sich irgendwo zwischen supermassiven Schwarzen Löchern und denen mit Sternmasse. Nur einer wurde jemals beobachtet, und er ist nicht in unserer Galaxie.
1Willman 1
2004 fand ein Team von Astronomen der New York University ein ungewöhnliches Objekt, als sie Daten aus dem Sloan Digital Sky Survey untersuchten. Sie suchten nach düsteren Begleitgalaxien der Milchstraße, aber was sie fanden, passte nicht in die Galaxienkiste. Tatsächlich passte die Gruppe der Sterne überhaupt nicht in eine Box.
Es wurde SDSSJ1049 + 5103 oder kurz Willman 1 genannt. Sie umkreist etwa 120.000 Lichtjahre von der Milchstraße. Es kann sich um eine Zwerggalaxie oder möglicherweise um einen Kugelsternhaufen handeln, aber es gibt Probleme mit beiden Theorien. Globuläre Cluster haben in der Regel mehrere hunderttausend Sterne, während Willman 1 weniger als eintausend hat. Es könnte sich um einen Haufen aus einer kleineren Galaxie handeln, der von einem Physiker als huckepack in unsere Galaxie beschrieben wird. „Wie eine kleine Milbe, die auf einem Floh reitet, während sie sich an einen massiven Hund bindet.
Wenn es sich um eine Galaxie und nicht um einen Cluster handelt, könnte dies einen anderen Schlüssel für die Theorie bedeuten. Computersimulationen der Ursprünge der Milchstraße weisen darauf hin, dass es in der Nähe Hunderte von kleineren Galaxien geben sollte, aber nur 20 wurden gefunden. Eine Erklärung dafür war, dass eine Masse von weniger als 10 Millionen Sonnen zu wenig ist, um viele Sterne zu erzeugen, wodurch die Galaxien unsichtbar werden.
Weitere Beobachtungen von Willman 1 deuten darauf hin, dass seine Masse nur etwa eine halbe Million Sonnen beträgt und deutlich unterhalb dieser Grenze liegt. Es ist möglich, dass in Willman 1 dunkle Materie unberücksichtigt bleibt oder dass einige Massen entfernt wurden. So oder so, es ist eine Ansammlung von Sternen, die derzeit weit mehr Fragen als Antworten liefert.