Die sphärische Struktur im Kern der Milchstraße, die in einem einzigen Ausbruch der Sternentstehung gebildet wurde

Wie andere Spiralgalaxien hat die Milchstraße eine gewölbte Sternenkugel in ihrem Zentrum. Es heißt „The Bulge“ und hat einen Radius von ungefähr 10.000 Lichtjahren. Astronomen haben die Ursprünge der Ausbuchtung debattiert, wobei einige Untersuchungen zeigen, dass mehrere Episoden der Sternentstehung sie geschaffen haben.

Aber eine neue Umfrage mit den NOIRLab’s Dark Energy Kamera legt nahe, dass ein einziger epischer Ausbruch der Sternentstehung die Ausbuchtung vor über 10 Milliarden Jahren geschaffen hat.

Die Milchstraße ist eine massive Struktur, die sich zwischen 170.000 und 200.00 Lichtjahren erstreckt. Es ist ungewiss, wie viele Sterne es enthält, mit Schätzungen von 100 Milliarden bis 400 Milliarden. Es enthält wahrscheinlich eine ähnliche Anzahl von Planeten.

Unser Sonnensystem befindet sich im Orion-Arm der Milchstraße, etwa 27.000 Lichtjahre vom galaktischen Zentrum entfernt. Aus unserer Sicht sieht die Milchstraße wie ein riesiges, verschwommenes Lichtband aus. Aber dank der modernen Astronomie wissen wir viel mehr Details über die Milchstraße Morphologie .

Ein einfaches Schema der Milchstraße. Bildnachweis: Von RJHall in der englischen Wikipedia, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=52696960

Wir wissen, dass die Milchstraße eine rotierende Scheibe mit Spiralarmen ist. Wir wissen, dass sich im Zentrum ein supermassives Schwarzes Loch namens Sagittarius A* befindet. Und wir wissen, dass, während die Scheibe insgesamt abgeflacht ist, die zentrale Ausbuchtung anders ist. Es ist wie mit zwei Spiegeleiern, aus denen oben und unten ein Eigelb herausragt.

Wie die Ausbuchtung von Sternen entstand, war eine unbeantwortete Frage. Es gibt Hinweise darauf, dass es über Milliarden von Jahren gewachsen ist, als sich immer mehr Sterne bildeten. Einige Astronomen haben argumentiert, dass er sich während zweier unterschiedlicher Ausbrüche der Sternentstehung gebildet hat, einer vor etwa 10 Milliarden Jahren und einer vor etwa 3 Milliarden Jahren.

'In der Ausbuchtung ist etwas anderes passiert.'

Michael Rich, Co-Principal Investigator, University of California, Los Angeles.

„Viele andere Spiralgalaxien sehen aus wie die Milchstraße und haben ähnliche Ausbuchtungen. Wenn wir also verstehen können, wie die Milchstraße ihre Ausbuchtung gebildet hat, dann haben wir eine gute Vorstellung davon, wie es den anderen Galaxien auch ergangen ist“, sagte der leitende Forscher Christian Johnson vom Space Telescope Science Institute in Baltimore, Maryland. Johnson ist der Hauptautor einer der Veröffentlichungen, in denen diese neuen Ergebnisse erläutert werden. Das Papier trägt den Titel „Blanco DECam Bulge Survey (BDBS) II: Projektleistung, Datenanalyse und frühe wissenschaftliche Ergebnisse“. Es wird in den Monthly Notices of the Royal Astronomical Society veröffentlicht.

Eine neue Umfrage besagt, dass sich die Sterne im 1000-Lichtjahre-Zentrum der Galaxie vor etwa 10 Milliarden Jahren in einem epischen Ereignis gebildet haben. Zu dieser Zeit fiel eine riesige Menge Gas in die zentrale Region und löste die gesamte Sternengeburt aus. All dieses Gas könnte urtümliches Material gewesen sein, das ins Zentrum gezogen wurde, oder es könnte durch die Verschmelzung mit einer anderen kleineren Galaxie entstanden sein.

Diese Ergebnisse stammen aus einer Dark Energy Camera (DECam)-Untersuchung von etwa 250 Millionen Sternen. Die Umfrage konzentrierte sich auf das ultraviolette Licht der sogenannten Roter Klumpen Sterne. Forscher konnten die chemische Zusammensetzung dieser Sterne analysieren.

Dieses Bild zeigt eine Weitfeldansicht des Zentrums der Milchstraße mit einem ausziehbaren Bild, das von der Dark Energy Camera (DECam) am Cerro-Tololo Inter-American Observatory in Chile aufgenommen wurde. Während das Milchstraßenfoto 71 Grad des Himmels umfasst, deckt das DECam-Bild 0,5 mal 0,25 Grad ab (ein Bereich, der etwa doppelt so breit ist wie der Vollmond).
IMPRESSUM: Foto der Milchstraße: Akira Fujii; Einschubfoto: CTIO/NOIRLab/NSF/AURA/ STScI , W. Clarkson (UM-Dearborn), C. Johnson (STScI) und M. Rich (UCLA)

Normalerweise analysieren Astronomen die chemische Zusammensetzung eines Sterns mit Spektroskopie. Dies kann ein mühsamer Prozess sein, da nur eine Handvoll Sterne gleichzeitig analysiert werden können. Aber in diesem DECam Bulge Survey konnten Astronomen viel mehr auf einmal analysieren. Insgesamt wurden 70.000 Sterne in der Ausbuchtung analysiert.

„Diese Umfrage gibt uns einen umfassenden Überblick über die Ausbuchtung in einer Weise, die viele vorherige Umfragen nicht bieten konnten“, fügte Co-Autorin Caty Pilachowski von der Indiana University in Bloomington, Indiana, hinzu.

Eine kritische Eigenschaft von Sternen ist ihr Metallizität . In der Astronomie bezieht sich Metallizität auf die Häufigkeit von Elementen, die schwerer sind als Wasserstoff und Helium. Wenn eine Population von Sternen dieselbe Metallizität aufweist, sind sie wahrscheinlich gleich alt und können aus demselben Materialkörper gebildet worden sein. Und Sterne mit höherer Metallizität sind älter als Sterne mit niedrigerer Metallizität, weil schwerere Elemente nur gewesen sein können in der vorherigen Generation erstellt s von Sternen.

Aber die Sterne in der Ausbuchtung sind ein bisschen schwer zu erkennen.

Dieses Foto mit Blick auf das Zentrum der Milchstraße bedeckt 0,5 mal 0,25 Grad am Himmel (ein Gebiet, das etwa doppelt so breit ist wie der Vollmond) und enthält über 180.000 Sterne. Das Bild erfasst einen Teil unserer Galaxie mit einem Durchmesser von etwa 220 mal 110 Lichtjahren. Es wurde mit der Dark Energy Camera am Victor M. Blanco 4-Meter-Teleskop am Cerro-Tololo Inter-American Observatory in Chile, einem Programm des NSF NOIRLab, aufgenommen. Bildquelle: CTIO/NOIRLab/NSF/AURA/ STScI , W. Clarkson (UM-Dearborn), C. Johnson (STScI) und M. Rich (UCLA)

Sie scheinen jünger zu sein, als sie sind, und sie enthalten ungefähr die gleiche Menge an Metallen wie die Sonne. Aber die Sonne ist nur etwa 4,5 Milliarden Jahre alt, und die Bulge-Sterne sind älter. Die Sonne hat eine höhere Metallizität, weil sie jung ist; es wurde aus Material gebildet, das bereits Zyklen von Sternengeburt und -tod durchlaufen hatte, das sein Ausgangsmaterial mit schwereren Elementen bereicherte.

Die Frage ist, warum diese älteren Sterne im Bulge eine so hohe Metallizität haben?

„Etwas anderes ist in der Ausbuchtung passiert. Die Metalle dort haben sich sehr, sehr schnell aufgebaut, möglicherweise in den ersten 500 Millionen Jahren ihres Bestehens“, sagte Co-Forschungsleiter Michael Rich von der University of California in Los Angeles.

Wenn sich Sterne über einen längeren Zeitraum bilden, sollten sie unterschiedliche Metallizitätsgrade aufweisen. Wenn sie sich alle auf einmal gebildet haben, sollten ihre Metallizitätsniveaus ähnlich sein. Die DECam-Untersuchung ergab, dass die Sterne innerhalb von 1.000 Lichtjahren vom galaktischen Zentrum alle die gleiche durchschnittliche Metallizität hatten. Das deutet darauf hin, dass sie sich alle in einer einzigen Episode der Sternengeburt gebildet haben.

Die Daten der Umfrage deuten darauf hin, dass diese Episode der Sternengeburt vor etwa 10 Milliarden Jahren lag.

„Unsere Untersuchung ist einzigartig, weil wir in der Lage waren, einen kontinuierlichen Abschnitt der Ausbuchtung bei Lichtwellenlängen von ultraviolett über sichtbar bis ins nahe Infrarot zu scannen. Das ermöglicht uns, ein klares Verständnis davon zu bekommen, was die verschiedenen Komponenten der Ausbuchtung sind und wie sie zusammenpassen“, sagte Johnson.

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