Im Jahr 2013 setzte die Europäische Weltraumorganisation die lang erwartete Weltraumobservatorium Gaia . Als eines von wenigen Weltraumobservatorien der nächsten Generation, die noch vor Ende des Jahrzehnts in Betrieb genommen werden, hat diese Mission in den letzten Jahren über eine Milliarde astronomischer Objekte katalogisiert. Mit diesen Daten hoffen Astronomen und Astrophysiker, die bisher größte und genaueste 3D-Karte der Milchstraße zu erstellen.
Obwohl es fast am Ende seiner Mission ist, tragen viele seiner frühesten Informationen immer noch Früchte. So gelang es beispielsweise einem Team von Astrophysikern der University of Toronto anhand der ersten Datenfreigabe der Mission, die Geschwindigkeit zu berechnen, mit der die Sonne die Milchstraße umkreist. Daraus konnten sie erstmals eine genaue Entfernungsschätzung zwischen unserer Sonne und dem Zentrum der Galaxie gewinnen.
Astronomen sind sich seit einiger Zeit unsicher, wie weit unser Sonnensystem vom Zentrum unserer Galaxie entfernt ist. Vieles davon hat damit zu tun, dass es unmöglich ist, direkt ansehen , aufgrund einer Kombination von Faktoren (z. B. Perspektive, Größe unserer Galaxie und Sichtbarkeitsbarrieren). Infolgedessen schwanken die offiziellen Schätzungen seit dem Jahr 2000 zwischen 7,2 und 8,8 Kiloparsec (~23.483 bis 28.700 Lichtjahre).
Infrarotbild vom Spitzer-Weltraumteleskop, das die Sterne im Zentrum der Milchstraße zeigt. Bildnachweis: NASA/JPL-Caltech/S. Stolovy (SSC/Caltech)
Für ihre Studie kombinierte das Team – das von Jason Hunt, einem Dunlap Fellow am Dunlap Institute for Astronomy & Astrophysics an der University of Toronto – geleitet wurde, Gaias erste Veröffentlichung mit Daten aus dem RADiale Geschwindigkeitsexperiment (RAVE). Diese Umfrage, die zwischen 2003 und 2013 von der Australisches Astronomisches Observatorium (AAO), maß die Positionen, Entfernungen, Radialgeschwindigkeiten und Spektren von 500.000 Sternen.
Über 200.000 dieser Sterne wurden auch von Gaia beobachtet und Informationen über sie wurden in die erste Datenfreigabe aufgenommen. Wie sie in ihrer Studie erläutern, die im Zeitschrift für Astrophysikalische Briefe im November 2016 untersuchten sie damit die Geschwindigkeiten, mit denen diese Sterne das Zentrum der Galaxie (relativ zur Sonne) umkreisen, und entdeckten dabei eine scheinbare Verteilung ihrer Relativgeschwindigkeiten.
Kurz gesagt, unsere Sonne bewegt sich mit einer Geschwindigkeit von 240 km/s (149 mi/s) oder 864.000 km/h (536.865 mph) um das Zentrum der Milchstraße. Natürlich bewegten sich einige der mehr als 200.000 Kandidaten schneller oder langsamer. Aber für einige gab es keinen offensichtlichen Drehimpuls, was sie darauf zurückführten, dass diese Sterne auf „chaotischen, Halo-artigen Umlaufbahnen, wenn sie den galaktischen Kern passieren“ streuen.
Wie Hunt im Dunlap Institute erklärte Pressemitteilung :
„Sterne mit einem Drehimpuls von sehr nahe Null wären in Richtung des galaktischen Zentrums abgestürzt, wo sie von den dort vorhandenen extremen Gravitationskräften stark beeinflusst würden. Dies würde sie in chaotische Bahnen zerstreuen, die sie weit über die galaktische Ebene und weg von der Sonnenumgebung bringen… Durch die Messung der Geschwindigkeit, mit der sich nahe Sterne in Bezug auf die Sonne um unsere Galaxie drehen, können wir einen Mangel an Sternen mit einem bestimmten Negativ beobachten relative Geschwindigkeit. Und weil wir wissen, dass dieser Dip 0 km/s entspricht, sagt uns das wiederum, wie schnell wir uns bewegen.“
Nachweis einer ungewöhnlich hellen Röntgenstrahlung von Sagittarius A*, einem supermassereichen Schwarzen Loch im Zentrum der Milchstraße. Bildnachweis: NASA/CXC/Stanford/I. Zhuravleva et al.
Der nächste Schritt bestand darin, diese Informationen mit Eigenbewegungsberechnungen von zu kombinieren Schütze A* – das supermassive Schwarze Loch, von dem angenommen wird, dass es sich im Zentrum unserer Galaxie befindet. Nachdem sie ihre Bewegung relativ zu Hintergrundobjekten korrigiert hatten, konnten sie die Entfernung der Erde vom Zentrum der Galaxie effektiv triangulieren. Daraus leiteten sie eine verfeinerte Schätzungsentfernung von 7,6 bis 8,2 kpc ab – was etwa 24.788 bis 26.745 Lichtjahre entspricht.
Diese Studie baut auf früheren Arbeiten der Co-Autoren der Studie auf – Prof. Ray Calberg, dem derzeitigen Lehrstuhl für Astronomie und Astrophysik an der University of Toronto. Vor Jahren führten er und Prof. Kimmo Innanen vom Department of Physics and Astronomy der York University eine ähnliche Studie mit Radialgeschwindigkeitsmessungen von 400 Sternen der Milchstraße durch.
Durch die Einbeziehung von Daten des Gaia-Observatoriums konnte das UofT-Team jedoch einen viel umfassenderen Datensatz erhalten und die Entfernung zum galaktischen Zentrum erheblich verkleinern. Und dies basierte nur auf den ersten Daten, die von der Gaia-Mission veröffentlicht wurden. Mit Blick auf die Zukunft erwartet Hunt, dass weitere Datenveröffentlichungen seinem Team und anderen Astronomen ermöglichen werden, ihre Berechnungen noch weiter zu verfeinern.
„Gaias endgültige Veröffentlichung Ende 2017 sollte es uns ermöglichen, die Genauigkeit unserer Messung der Sonnengeschwindigkeit auf etwa einen Kilometer pro Sekunde zu erhöhen“, sagte er, „was wiederum die Genauigkeit unserer Messung unserer Entfernung vom Galaktisches Zentrum.“
Da immer mehr Weltraumteleskope und Observatorien der nächsten Generation eingesetzt werden, können wir erwarten, dass sie uns eine Fülle neuer Informationen über unser Universum liefern. Und davon können wir erwarten, dass Astronomen und Astrophysiker beginnen, Licht in eine Reihe ungelöster kosmologischer Fragen zu werfen.
Weiterlesen: Universität von Toronto , Die Briefe des Astrophysikalischen Journals