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Was wir aus der neuen Detailkarte von 1,3 Milliarden Sternen lernen können

2019

von uns haben in den Nachthimmel geschaut und sich gefragt, wie weit die Sterne entfernt sind oder in welche Richtung sie sich bewegen. Die Wahrheit ist, dass Wissenschaftler die exakten Positionen oder Geschwindigkeiten der allermeisten Sterne in der Milchstraße nicht kennen. Jetzt ist eine neue Datenmenge vom Gaia-Satelliten der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) eingetroffen, die darauf abzielt, die Sterne in unserer Galaxie in bisher nicht gekannten Einzelheiten abzubilden. Das Gaia-Archiv wurde am 25. April eröffnet und veröffentlicht die zweiten Daten von Gaia für jedermann. Um den Charakter Dave Bowman im Science-Fiction-Klassiker 2001 zu zitieren: Eine Weltraum-Odyssee: „Es ist voller Sterne“. Tatsächlich enthält es Daten zu Entfernungen von mehr als 1, 3 Milliarden Sternen. Der Gaia-Satellit wurde 2013 gestartet [und tastet seitdem kontinuierlich mit seinen beiden Teleskopen den Himmel ab, um die Entstehung und Entwicklung unserer Milchstraßengalaxie zu entschlüsseln. Zu diesem Zweck wird die sogenannte Parallaxe gemessen. Wenn Sie einen Finger auf Armlänge halten und ihn mit einem Auge und dann mit dem anderen betrachten, scheint sich die Position Ihres Fingers im Vergleich zum Hintergrund zu verschieben. Die Winkeländerung wird Parallaxe genannt.

Im Weltraum zu sein, ermöglicht es Gaia, ähnliche winzige Verschiebungen der Sternpositionen zu sehen. Beobachtungen an verschiedenen Orten im Abstand von sechs Monaten (auf halbem Weg um die Erde) ähneln dem Betrachten Ihres Fingers mit einem Auge und dann mit dem anderen. Wenn Sie die Parallaxe sowie die Entfernung von Gaia zur Sonne (oder die Entfernung von Ihrer Nase zu Ihrem Auge) kennen, können Sie die Entfernung zu jedem Stern (oder Ihrem Finger) mithilfe einer einfachen Trigonometrie berechnen.

Gaia sieht auch Sterne, die sich im Laufe der Zeit in der Ebene des Himmels bewegen. Diese Einheiten des "Winkels pro Zeit" können in eine physikalische Einheit der Geschwindigkeit (zum Beispiel Kilometer pro Sekunde) umgewandelt werden, wenn wir den Abstand zu den Sternen kennen. Um zu wissen, wie sich ein Stern im Raum in drei Dimensionen bewegt, müssen wir auch die Geschwindigkeit senkrecht zum Himmel entlang der Sichtlinie messen. Dies erfordert eine galaktische Radarkamera!

Eine normale Radar-Radarkamera nutzt den Doppler-Effekt - das Strecken oder Quetschen von Wellen aufgrund von Bewegungen - durch Messen der Änderung der Radiofrequenz von Signalen, die von Autos zurückgeworfen werden, um deren Geschwindigkeit zu messen. In ähnlicher Weise misst Gaia die Frequenzänderung im Licht von Sternen, um deren Geschwindigkeit zu überprüfen. Das Sternenlicht ist blauer, wenn sich der Stern auf uns zubewegt, oder roter, wenn sich der Stern von uns wegbewegt. Dies nennt man Radialgeschwindigkeit.

Gaias erste Datenveröffentlichung im Jahr 2016 veröffentlichte die Entfernungen von rund zwei Millionen Sternen, enthielt jedoch keine Radialgeschwindigkeiten. Wir kannten jedoch bereits die Radialgeschwindigkeit von weniger als 400.000 dieser Sterne, die durch viele verschiedene Vermessungen vom Boden aus gemessen wurde.

Gaias zweite Datenveröffentlichung enthält Informationen zu Himmelspositionen und Helligkeit für fast 1, 7 Milliarden Sterne und mehr als sieben Millionen Radialgeschwindigkeiten. Dies macht Gaia nicht nur zur größten Radialgeschwindigkeits-Vermessung aller Zeiten - es erhöht die Anzahl der Sterne mit präzisen 3D-Raumgeschwindigkeiten um den Faktor 18.

Neben dem Sternenkatalog wurde auch eine Reihe wissenschaftlicher Demonstrationsarbeiten von Gaia veröffentlicht. Ich war an der Erforschung einer dieser Arbeiten beteiligt und konstruierte die bislang detaillierteste Karte aller 3D-Raumgeschwindigkeiten.

Aufregenderweise zeigte die Karte, dass es in der Milchstraße eine globale Anordnung von Sternen gibt, von denen sich die meisten in der dünnen Scheibe unserer Galaxie befinden. Diese sind in dünnen Unterbauten mit der Form von Kreisbögen organisiert. Dies ist ein entscheidender Hinweis darauf, wie sich die Milchstraße gebildet hat und wie sie sich noch entwickelt. Der Staffelstab geht nun an die astronomische Gemeinschaft, um diesen Befund zu interpretieren und das volle Potenzial der zweiten Datenfreigabe von Gaia zu erkunden.

Schließlich könnte uns der von Gaia erstellte Katalog helfen, viele neue Entdeckungen zu machen, einschließlich der Kartierung von Zehntausenden von Asteroiden in unserem Sonnensystem. Wenn wir die Helligkeit der Sterne betrachten, können wir auch Exoplaneten finden, die andere Sterne als unsere umkreisen.

Vielleicht überraschender ist, dass die Messungen uns sogar dabei helfen könnten, genau vorherzusagen, wo dunkle Materie - eine unbekannte, unsichtbare Substanz, die vermutlich den größten Teil der Materie im Universum ausmacht - sich in der Galaxie befindet. Gaia hat außerdem fast 5.000 Objekte gefunden, denen bodengestützte Teleskope folgen können, bevor sie verschwinden. Die meisten davon sind Supernovae, explodierende Sterne, die dazu beitragen können, die Natur der dunklen Energie zu enthüllen, die die Expansion des Universums beschleunigt.

Die nächste Datenveröffentlichung von Gaia erfolgt im Jahr 2020. Dies wird voraussichtlich die Anzahl der Sterne mit bekannten Radialgeschwindigkeiten von heute sieben Millionen auf rund 30 Meter erhöhen - und unser Team noch einige Jahre beschäftigen.

George Seabroke ist Senior Research Associate für Astrophysik an der UCL. Dieser Artikel wurde ursprünglich in The Conversation veröffentlicht .

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