Auf der Suche nach den ältesten Sternen (German Edition)

Da Herakles wegen seiner irdischen Mutter aber nicht unsterblich wie die Götter war, griff Zeus zu einer List. Ausgerechnet die Milch seiner schlafenden Göttergattin Hera sollte dem kleinen Herakles zur Unsterblichkeit verhelfen, natürlich ganz gegen deren Willen. Doch der kleine Säugling trank so ungestüm, dass Hera erwachte und den Knaben voller Entsetzen von ihrer Brust riss. Dabei spritzte die Milch weit heraus bis an den Himmel, wo sie noch heute als Milchstraße zu sehen ist. Eine nette Geschichte – doch was ist die Milchstraße wirklich?
    Der Italiener Galileo Galilei untersuchte 1610 als erster Mensch die Milchstraße mit dem damals gerade neu erfundenen Fernrohr und stellte fest, dass das fahl schimmernde Band am Himmel aus unzähligen lichtschwachen Sternen besteht. Im 19. Jahrhundert veröffentlichte der englische Astronom William Herschel die erste Karte, wie die Milchstraße wohl von außen aussehen könnte. Heute wissen wir, dass die meisten Sterne der Milchstraße in einer flachen diskusförmigen Scheibe angeordnet sind. Aber warum ordnen sich die Sterne ausgerechnet in dieser Art und Weise an?
    Seit 1900 versuchten die Astronomen u.a. mit stellar-statistischen Methoden den Bau der Milchstraße zu erforschen. Trotz ungeheurem Arbeitsaufwand war dies jedoch schwierig. Den entscheidenden Fortschritt brachte Henrietta Leavitts Perioden-Leuchtkraft-Beziehung. Für Sterne, die periodisch ihre Helligkeit verändern, z.B. die sogenannten Cepheiden, beschreibt diese Beziehung den Zusammenhang zwischen der Periode des Lichtwechsels und der Helligkeit des Sterns. Um 1912 wendete Harlow Shapley diese Beziehung erstmals an, um Entfernungsmessungen zu Cepheiden durchzuführen. So konnten ab ca. 1920 erstmals die Entfernungen zu kosmischen Gebilden inner- und außerhalb der Milchstraße gemessen werden, solange dort Cepheiden gefunden werden konnten.
    Um 1927 herum konnten Jan Oort und andere Wissenschaftler die Bewegungsvorgänge der Milchstraße rein geometrisch mit nur wenigen Beobachtungen weitgehend aufklären: Die Sterne umkreisen das galaktische Zentrum unter dem Einfluss der Gravitation der dort ziemlich stark konzentrierten Massen. Die Sterne sind dabei in einer Scheibe angeordnet und verhalten sich wie eine Flüssigkeit, die im Zentrum schneller rotiert als weiter draußen.
    So wurde bald erkannt, dass die Galaxie eine detaillierte Spiralstruktur aufweist, da sich die Sterne, das Gas und der Staub der Scheibe in mehreren Spiralarmen anordnen. Die folgenden Jahrzehnte brachten unzählige Beobachtungen, die die Scheibennatur der Milchstraße eindeutig bestätigten. Ein Beispiel dafür ist die Radioastronomie, mit der das Wasserstoffgas, aus welchem die Spiralarme hauptsächlich bestehen, sehr gut nachgewiesen werden kann. So konnte die Spiralstruktur der Milchstraße über Jahrzehnte hinweg kartiert werden, und es wird angenommen, dass die Milchstraße der Andromeda-Galaxie und besonders der Galaxie NGC 6744 sehr ähnlich sein muss, die auch in Farbabbildung 6.C zu sehen ist. Die Milchstraße wird somit als Spiralgalaxie klassifiziert. Im Gegensatz dazu gibt es auch andere Arten von Galaxien, die keine Scheiben bilden.

Abb. 6.C
    Man kann sich die Milchstraße in etwa wie einen recht dicken, luftigen Pfannkuchen vorstellen, der oben und unten ordentlich mit Marmelade und Sahne bestrichen ist und dessen Mitte noch eine dicke Eiskugel krönt. Die Marmelade und die Sahne symbolisieren verschiedene Sternpopulationen, die sich um die Scheibe herum verteilen und den Pfannkuchen verdicken. Die Kugel Eis entspricht dem sogenannten »Bulge« unserer Galaxie. Der Bulge ist eine große, dicke Verdichtung von besonders vielen Sternen im Zentrum und somit der leuchtkräftigste Teil der Galaxie. Zusätzlich wird inzwischen angenommen, dass die Spiralarme im Inneren in eine balkenförmige Struktur übergehen. Im Zentrum gibt es weiterhin ein riesiges Schwarzes Loch von vier Millionen Sonnenmassen. Dieses Monster verschlingt dort Unmengen von Sternen und Gas in der Zentralregion im Inneren des Bulges.
    Die Scheibe mit den Spiralarmen hat einen Durchmesser von mehr als 100 000 Lichtjahren und ist ca. 1000 Lichtjahre dick – 1000 Lichtjahre entsprechen 9,5 Billiarden km. Wo aber sitzen wir auf unserer Erde in Bezug auf das Zentrum der Galaxie? Zum Glück befindet sich das Sonnensystem relativ weit außerhalb, so dass uns das Schwarze Loch nicht gefährlich werden kann. Unser Standort ist 28 000 Lichtjahre weit