Auf der Suche nach den ältesten Sternen (German Edition)

erstreckt sich über mehrere Hunderttausende von Lichtjahren um die Milchstraße herum. Die Population der Halosterne ist für die Stellare Archäologie besonders wichtig, denn dort befinden sich die ältesten und metallärmsten Sterne.

Abb. 6.1 : Seitenansicht der Milchstraße, die die verschiedenen Komponenten der Galaxie verdeutlicht.
    Die Anzahl der in der Milchstraße vorhandenen Sterne ist nur schwer abschätzbar, da der Übergang von einer Galaxie zum interstellaren Raum fließend und nur schwer erfassbar ist. Bei unserem Pfannkuchen ist es ganz deutlich, wo er aufhört. Eine Galaxie hat hingegen keinen scharfen Rand. Mit Computermodellen kann die Verteilung der Sterne in einer Galaxie simuliert werden, aber verschiedene Annahmen, wie zum Beispiel zur Sterndichte mit zunehmendem Abstand vom galaktischen Zentrum, führen schnell zu unterschiedlichen Ergebnissen. Zudem tragen die verschiedenen Sternpopulationen unterschiedlich zur Sterndichte in den verschiedenen Teilen der Galaxie bei. Die Sterndichte im Halo ist z.B. wesentlich geringer als die der Scheibe. Die verschiedenen Sterntypen spielen letztendlich auch noch eine wichtige Rolle, denn es muss abgeschätzt werden, wie viele Sterne von jedem Typ und jeder Klasse in der Galaxie vertreten sind. Dennoch ergibt dieses riesige Puzzlespiel, dass es zwischen 200 und 400 Milliarden Sterne in unserer Heimatgalaxie geben muss, von denen sich die meisten in der Scheibe und der dichten Zentralregion befinden. Die Sonne ist somit nur ein Stern unter vielen. Verglichen mit unserer Schwestergalaxie Andromeda ist die Milchstraße aber ein kleinerer Fisch im Universum. Die Andromeda-Galaxie hat ungefähr eine Billion Sterne, also drei- bis fünfmal soviel.
    Schließlich ist die gesamte Milchstraßengalaxie in einen Halo aus dunkler Materie eingebettet. Der dunkle Halo ist noch viel größer als der sogenannte stellare Halo der Milchstraße, obwohl er direkten Beobachtungen unzugänglich ist und nur indirekt vermessen werden kann. Jede Galaxie ist von einem dunklen Halo umgeben, der sie gravitativ zusammenhält. Somit ist der leuchtende Teil der Milchstraße nur ein kleiner Teil der eigentlichen Galaxie, die letztendlich hauptsächlich aus dunkler Materie besteht. Zusammen mit der dunklen Materie besitzt die Milchstraße ca. 10 12 Sonnenmassen, was etwa 10 42 kg entspricht (eine Eins mit 42 Nullen).
    Die dunkle Materie in einer und um eine Galaxie herum zeigt sich erst bei einer sogenannten Rotationskurvenanalyse. Denn nur durch ihre Gravitation kann sich die dunkle Materie bemerkbar machen. In einer solchen Analyse wird die Rotationsgeschwindigkeit einer Galaxie bei verschiedenen Abständen vom Zentrum mit Hilfe des Doppler-Effekts gemessen. Aus der Verteilung der Sterne erwartet man, dass Galaxien in Zentrumsnähe schneller rotieren, weiter außen eher langsamer, genauso wie Wasser, das spiralförmig den Ausguss hinunterläuft. Ganz weit draußen rotieren sie kaum noch. Dennoch haben verschiedenste Beobachtungen von Spiralgalaxien ergeben, dass in den äußeren Gegenden immer noch eine erhebliche Rotation messbar ist. Der leuchtenden Materie nach zu urteilen, kann das nicht möglich sein. Geht man aber von der Existenz von zusätzlicher dunkler Materie aus, die sich vor allem in dem äußeren Teil der Galaxie befindet und zusammen mit der leuchtenden Materie rotiert, können die Beobachtungen dann jedoch schnell erklärt werden.
    Als Astronomen arbeiten wir schon mehrere Jahrzehnte mit dunkler Materie, obwohl sie keine weiteren Wechselwirkungen mit leuchtender Materie hat. Simulationen der Entwicklung der dunklen Materie im Universum sind dabei für unser Verständnis zur Bildung von Galaxien und ihrer Entwicklung von großer Bedeutung. Aber sowohl Astronomen wie auch Physiker wissen nicht, aus was die dunkle Materie tatsächlich besteht. Viele Experimente werden zur Zeit mit der großen Hoffnung durchgeführt, die dunkle Materie direkt als Elementarteilchen detektieren zu können. Die beste Chance haben wohl die postulierten WIMPS, die »Weakly interacting massive particles« (auf Deutsch »schwach wechselwirkende massereiche Teilchen«), aber die genaue Antwort wird sich erst noch herausstellen müssen.

6.3. Zwerggalaxien
    Die Milchstraße befindet sich nicht allein in dieser Gegend des Universums. Zusammen mit der Spiralgalaxie-Schwester im Sternbild Andromeda, der etwas leuchtschwächeren Dreiecksgalaxie (auch einer Spiralgalaxie) und den mehr als 60 weiteren