Europäischer Satellit zeigt Bewegungen von mehr als 1 Milliarde Sternen und Form der Milchstraße

Die Große Magellansche Wolke, einer der nächsten Nachbarn der Milchstraße, ist möglicherweise massiver als bisher angenommen. Das Bild ist keine Fotografie, sondern eine Karte der Dichte der Sterne, die Gaia in jedem Pixel detektiert.

DPAC / Gaia / ESA / Gaia

Europäischer Satellit zeigt Bewegungen von mehr als 1 Milliarde Sternen und Form der Milchstraße

Von Daniel CleryApr. 25, 2018, 3:00 Uhr

"Es ist, als würde man auf Weihnachten warten", sagte Wassili Belokurow, Astronom an der Universität von Cambridge in Großbritannien in der vergangenen Woche. Heute sind die Geschenke eingetroffen: Die exakten Positionen, Bewegungen, Helligkeiten und Farben von 1, 3 Milliarden Sternen in und um die Milchstraße, gemessen vom 750 Millionen Euro teuren Gaia-Satelliten der Europäischen Weltraumorganisation (ESA), der nach dem Start im Jahr 2013 mit der Messung begann die Positionen der Sterne und im Laufe der Zeit, wie sie sich bewegen. Am 25. April veröffentlichte die ESA den zweiten Datensatz von Gaia - basierend auf 22 Monaten Beobachtungen -, der eine präzise 3D-Karte großer Teile der Galaxie und ihrer Bewegung ermöglichen sollte. "Nichts kommt dem nahe, was Gaia veröffentlichen wird", sagt Belokurov.

Man könnte denken, dass die Galaxie vollständig kartiert ist. Aber große Teile davon sind von Gas und Staub verdeckt, und es ist schwer, Strukturen aus der Sicht des Sonnensystems zu erkennen. Von Gaia wird nicht nur erwartet, dass es die Spiralstrukturen der heutigen Galaxie aufklärt. Da der Satellit die Bewegung der Sterne verfolgt, können Astronomen die Uhr rückwärts drehen und beobachten, wie sich die Galaxie in den letzten 13 Milliarden Jahren entwickelt hat - ein Gebiet, das als galaktische Archäologie bekannt ist. Mit den Farb- und Helligkeitsinformationen von Gaia können Astronomen die Sterne nach ihrer Zusammensetzung klassifizieren und die Sterngärten identifizieren, in denen verschiedene Typen geboren wurden, um zu verstehen, wie chemische Elemente geschmiedet und verteilt wurden.

Bei Gaia geht es nicht nur um die Milchstraße. Für die Wissenschaftler des Sonnensystems wird der neue Datensatz Daten zu 14.000 Asteroiden enthalten. Das ist ein kleiner Bruchteil der rund 750.000 bekannten Nebenkörper, aber Gaia liefert 100-mal genauere Umlaufbahninformationen als zuvor, sagt der Astronom der Universität Cambridge, Gerry Gilmore, der die britische Niederlassung des Datenverarbeitungskonsortiums von Gaia leitet. Dies soll Astronomen helfen, Familien von Asteroiden zu identifizieren und ihre Beziehung zueinander zu verfolgen, um Licht in die Vergangenheit des Sonnensystems und in die Entstehung von Planeten aus kleineren Körpern zu bringen.

Für Kosmologen wird der Datensatz Entfernungsmessungen zu Sternen mit bekannter Helligkeit verbessern, wie z. B. Cepheid-Variablen, wichtige Sprungbretter, mit denen eine „Entfernungsleiter“ zu anderen Galaxien aufgebaut werden kann - so dass die Expansionsrate des Universums, auch bekannt als Die Hubble-Konstante kann berechnet werden. Und Exoplanetenjäger erwarten, dass Gaia aufgrund der Schwerkraftschlepper von Planeten in der Größe eines Jupiters in fernen Umlaufbahnen möglicherweise Tausende von Sternen hin- und herbewegt. Diese tauchen jedoch erst auf, wenn sich die Präzision des Satelliten in späteren Datenveröffentlichungen verbessert. "Niemand auf der Welt weiß, was wir finden werden", sagt David Hogg von der New York University in New York City.

Das Gaia-Team veröffentlichte 2016 einen ersten Katalog, der zwar mehr als eine Milliarde Sterne enthielt, jedoch nur 2 Millionen von ihnen bewegte. Es war ein „Sampler, um die Leute an den Umgang mit Gaia-Daten zu gewöhnen“, sagt Gilmore. Die Veröffentlichung von 2016 zeigte, dass die Milchstraße größer war als bisher angenommen. Das erste Papier, das die Daten auswertet, erschien am selben Tag auf dem arXiv-Preprint-Server. Seitdem, sagt Gilmore, gibt es durchschnittlich eine Zeitung pro Tag.

Diesmal sind die Astronomen noch besser auf Algorithmen vorbereitet, mit denen die Tabellendaten verarbeitet werden können. Laut Belokurov haben er und seine Gruppe etwa 50 Ideen zu verfolgen, darunter eine Bewertung der Massenverteilung über die Milchstraße und die große Magellansche Wolke (LMC), eine nahe gelegene Satellitengalaxie. Astronomen haben die Masse der LMC lange auf etwa das Milliardenfache der Sonne geschätzt, aber kürzlich haben Studien ergeben, dass sie möglicherweise schwerer ist. Mit Gaia-Daten können sie möglicherweise Objekte der Milchstraße sehen, die von der LMC gestört werden, was ein Zeichen für deren massiven Gravitationseinfluss wäre. "Es wird eine vollständige Explosion der Wissenschaft geben", sagt Belokurov. "Ich habe vor, ein oder zwei Wochen nicht zu schlafen."

Hogg ist auch bereit für ein heftiges Gaia-Hacking. Für die Veröffentlichung lud er Kollegen aus der ganzen Welt nach New York ein, um an der Analyse der Daten zu arbeiten. Er plant, zunächst einmal Grundstücke zu entwerfen, die vorher nicht möglich waren, um nach neuen Trends zu suchen. Die grafische Darstellung von Farbe und Helligkeit für weiße Zwergsterne könnte beispielsweise aufzeigen, wie sich diese Sternreste verändern, wenn sie abkühlen und schließlich zu schwarzen Sternschlacken werden. Nach Gaias erstem Release "führte fast jede Handlung zu einer Zeitung", sagt er.

Das 450-köpfige Gaia-Konsortium arbeitet bereits an einer dritten Datenveröffentlichung, die für 2020 geplant ist. „Es gibt sehr klare Bereiche, die wir verbessern können“, sagt ESA-Projektwissenschaftler Timo Prusti vom Europäischen Zentrum für Weltraumforschung und -technologie in Noordwijk, die Niederlande. Zum Beispiel möchte das Team in einem speziellen Beobachtungsmodus mit kurzer Belichtung zu den hellsten Sternen zurückkehren, die den Detektor sättigen. Das Team möchte auch die Möglichkeiten verbessern, mit Streulicht umzugehen, das auf den Detektor gelangt. Dieses Problem trat erst nach dem Start auf.

Gaia ist auch deshalb ungewöhnlich, weil den Wissenschaftlern, die an der Mission arbeiten, kein exklusiver Zugriff auf die Daten gewährt wird, wie es in der Astronomie üblich ist. Obwohl die Mitglieder des Gaia-Konsortiums genau wissen, wie die Daten gesammelt und verarbeitet werden, können sie die Daten erst nach der Veröffentlichung wie alle anderen für wissenschaftliche Zwecke verwenden. "Es ist mutig und sehr bewundernswert", sagt Belokurov.

Laut Gilmore setzen seine Teammitglieder darauf, wie viele Papiere am ersten Tag auf die Preprint-Server gelangen. Belokurov sagt: "Es ist wie auf ein Festival zu gehen - das Festival von Gaia."