Wir kategorisieren Sterne unter anderem nach ihrer Metallizität. Das ist der Anteil schwererer Elemente, den ein Stern im Vergleich zu Wasserstoff und Helium hat. Dies ist eine nützliche Metrik, da die Metallizität eines Sterns ein gutes Maß für sein Alter ist.
Der Wasserstoff und das Helium, die wir im Universum sehen, wurden in den frühen Momenten des Urknalls erzeugt. Deshalb sind sie so reichlich. Schwerere Elemente wie Kohlenstoff und Eisen entstehen durch astrophysikalische Prozesse wie die Verschmelzung von Elementen in Sternkernen oder bei Kollisionen von Weißen Zwergen und Neutronensternen. Aus diesem Grund waren die frühesten Sterne nur aus Wasserstoff und Helium. Im Laufe der Zeit nahm die Häufigkeit schwerer Elemente allmählich zu, sodass jüngere Sterne tendenziell eine höhere Metallizität aufweisen.
Da wir die Metallizität eines Sterns durch Beobachtung seines Spektrums bestimmen können, kennen wir die Gesamtmetallizität von Sternen sowohl in unserer Galaxie als auch in anderen. Wir können daher Sterne in Metallizitäts-„Populationen“ gruppieren. Dies geschieht durch die Definition des Wasserstoff-Eisen-Verhältnisses [Fe/He] auf einer logarithmischen Skala, wobei unsere Sonne als Nullpunkt festgelegt wird. Somit haben Sterne der Population I ein Verhältnis von mindestens -1, was bedeutet, dass sie 10% oder mehr des [Fe/He]-Verhältnisses der Sonne haben. Ältere Sterne der Population II haben eine geringere Metallizität als Population I, und Population III (die Sterne der ersten Generation) hätte überhaupt keine Metallizität.
Typische Position von Sternen in der Milchstraße. Quelle: Wikipedia
In unserer Galaxie verteilen sich diese Sternenpopulationen von der galaktischen Ebene nach außen. Die jüngsten Sterne der Population I befinden sich in der Regel innerhalb der Spiralarme unserer Galaxie, während ältere Sterne der Population II tendenziell oberhalb oder unterhalb der galaktischen Ebene liegen. Der diffuse äußere Halo von Sternen, die die Milchstraße umgeben, sind in der Regel die Sterne mit der niedrigsten Metallizität.
Dies ist sinnvoll, da Sterne im dichten Gas und Staub innerhalb der galaktischen Ebene geboren werden, insbesondere in den Spiralarmen. Im Laufe der Zeit würde der Gravitationstanz der Sterne es ihnen ermöglichen, nach außen zu wandern. Nur ältere Stars hatten Zeit, sich vom Flugzeug zu entfernen.
Aber da uns bodengestützte Himmelsdurchmusterungen und die Raumsonde Gaia einen detaillierteren Blick auf die Milchstraße ermöglichen, enthüllt sie Überraschungen über unser seit langem gehaltenes galaktisches Modell. Dies kann in einer kürzlich durchgeführten Studie gesehen werden, die einige der ältesten Sterne in unserer Galaxie untersucht.
Ein Leuchten von Sternen, das Gaia in der Milchstraße untersucht hat. Bildnachweis: ESA/Gaia/DPAC, A. Khalatyan(AIP) & StarHorse-Team
Mithilfe des australischen SkyMapper Southern Survey identifizierte das Team 475 Sterne mit einem [Fe/He]-Verhältnis von weniger als einem Tausendstel des unserer Sonne. Wir würden erwarten, dass es sich um Halosterne handelt, aber als das Team die Positionen und Umlaufbahnen dieser Sterne mit Daten von Gaia berechnete, stellte es fest, dass 11% von ihnen innerhalb der galaktischen Ebene kreisen. Ihre Umlaufbahnen sind auch sehr kreisförmig, ähnlich der Umlaufbahn der Sonne. Dies ist überraschend und widerspricht den Vorhersagen aktueller galaktischer Evolutionsmodelle.
Große Himmelsdurchmusterungen unserer Galaxie werden unser Verständnis der Milchstraße mit Sicherheit revolutionieren. Schon diese ersten Ergebnisse zeigen, dass wir noch viel zu lernen haben.
Referenz:Cordoni, G., et al. “ Mit SkyMapper und Gaia DR2 den Halo und die sehr metallschwache dicke Scheibe der Galaxie erkunden. 'Monatliche Mitteilungen der Royal Astronomical Society(2020).
