Genaueste Karte der Milchstraße mit Daten von Gaia erstellt

Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler haben anhand von Daten des Weltraumteleskops Gaia der Europäischen Weltraumorganisation ESA die genaueste dreidimensionale Karte der Sternentstehungsgebiete in der Milchstraße erstellt. Diese Karte wird mehr über diese undurchsichtigen, wolkigen Gebiete und die heißen jungen Sterne verraten, die sie formen.

Bild: ESA/Gaia/DPAC, S. Payne-Wardenaar, L. McCallum et al (2025)

Es ist bekanntermaßen schwierig, Regionen im Weltraum, in denen Sterne entstehen, zu kartografieren und zu untersuchen, da sie normalerweise durch dichte Gas- und Staubwolken verdeckt sind, deren Entfernungen nicht direkt gemessen werden können.

Gaia kann diese Wolken nicht direkt sehen, aber es kann die Positionen der Sterne und die sogenannte „Extinktion” der Sterne messen. Das bedeutet, dass es sehen kann, wie viel Licht von den Sternen durch Staub blockiert wird. Daraus können Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler 3D-Karten erstellen, die zeigen, wo sich der Staub befindet, und anhand dieser Karten herausfinden, wie viel ionisiertes Wasserstoffgas vorhanden ist – ein verräterisches Zeichen für Sternentstehung.

Extrem helle, junge Sterne

Die neue 3D-Karte der Sternentstehungsgebiete in der Milchstraße basiert auf Gaia-Beobachtungen von 44 Millionen „gewöhnlichen” Sternen und 87 Sternen vom Typ O. Die Karte erstreckt sich über eine Entfernung von 4000 Lichtjahren von der Erde, mit der Sonne im Zentrum.

O-Sterne sind seltene Sterne: Sie sind jung, massereich, extrem hell und heiß. Sie leuchten hell im ultravioletten Licht. Diese Lichtstrahlen sind so energiereich, dass sie Wasserstoffatomen Elektronen entreißen können, wenn sie auf sie treffen. Auf diese Weise „ionisieren“ sie das Wasserstoffgas um die heißen Sterne herum, sodass es zu einer Mischung aus geladenen Teilchen wird. Auf diese Weise können Astronominnen und Astronomen Regionen im Weltraum identifizieren, in denen Sterne entstehen.

Viele Teleskope haben diese Regionen beobachtet, sodass wir eine gute Vorstellung davon haben, wie sie aus unserer Perspektive aussehen. Aber niemand wusste wirklich, wie sie in drei Dimensionen oder aus einer Außenperspektive aussehen.   

Die Milchstraße von oben

Da kein Raumschiff über die Galaxie hinausfliegen kann, kann kein tatsächliches Foto davon gemacht werden. Glücklicherweise erstellt die Gaia-Mission die genaueste mehrdimensionale Karte der Milchstraße und liefert Astronominnen und Astronomen damit die Daten, um zu erschließen, wie sie aussehen würde. 

Die Himmelskarten von Gaia – in allen drei Raumkoordinaten (3D) plus drei Geschwindigkeiten (auf uns zu und von uns weg sowie quer über den Himmel) – haben die genauen Bewegungen und Positionen von Millionen von Sternen in unserer Nähe offenbart. Damit hat das Teleskop bereits die Sicht auf die Nachbarschaft der Sonne revolutioniert und es Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern ermöglicht, die Sterne und das interstellare Material in der Nähe der Sonne auf eine Weise umfassend zu kartografieren, wie es zuvor nicht möglich war.

„Gaia liefert den ersten genauen Überblick darüber, wie unser Teil der Milchstraße von oben aussehen würde“, erklärt Lewis McCallum, Astronom an der Universität St Andrews, Großbritannien, und Erstautor von zwei wissenschaftlichen Artikeln, in denen das neue 3D-Modell erläutert wird.

„Es gab bisher noch kein Modell der Verteilung des ionisierten Gases in der lokalen Milchstraße, das so gut mit den Beobachtungen anderer Teleskope des Himmels übereinstimmt. Deshalb sind wir zuversichtlich, dass unsere Draufsicht und unsere Fly-Through-Filme eine gute Annäherung daran sind, wie diese Wolken in 3D aussehen würden.“

Lewis' neue Karte enthält 3D-Ansichten des Gum-Nebels, des Nordamerikanischen Nebels, des Kalifornischen Nebels und der Orion-Eridanus-Superblase. Sie ermöglicht es uns, um diese Gebiete herum, durch sie hindurch und über sie hinweg zu fliegen, in denen sich Sternentstehungsgebiete befinden.

Riesige Hohlräume aus interstellarer Materie

Mit Hilfe der Karte können Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler mehr darüber erfahren, wie die riesigen O-Sterne das Gas in der Galaxie anregen und wie weit ihr Einfluss reicht. Lewis und seine Kolleginnen und Kollegen haben bereits festgestellt, dass einige der Wolken in den Sternentstehungsgebieten offenbar aufgebrochen sind und Ströme aus Gas und Staub wahrscheinlich in einen riesigen Hohlraum entweichen.

„Diese Karte zeigt sehr anschaulich, wie die Strahlung massereicher Sterne das umgebende interstellare Medium ionisiert und wie Staub und Gas mit dieser Strahlung interagieren. Das 3D-Modell bietet einen detaillierten Einblick in die Prozesse, die unsere lokale galaktische Umgebung prägen, und hilft Astronomen, die Wechselwirkungen zwischen den warmen und kalten Komponenten des lokalen Universums zu verstehen“, erklärte Sasha Zeegers, ESA-Forschungsstipendiat und Experte für interstellaren Staub.

In Zukunft wird diese Karte einen noch größeren Bereich der Milchstraße abdecken. „Es erforderte enorme Rechenleistung, um die Karte bis zu einer Entfernung von ‚nur‘ 4000 Lichtjahren von der Sonne in hoher Auflösung zu erstellen. Wir hoffen, dass die Karte weiter ausgedehnt werden kann, sobald Gaia seine neuen Daten veröffentlicht hat“, sagt Lewis.

„Die Entfernungsmessungen von Gaia zu den nahegelegenen heißen Sternen und die 3D-Karten des Staubs – die aus der Messung der Extinktion und der Positionen von Millionen gewöhnlicher Sterne unter Verwendung von Gaia-Daten gewonnen wurden – sind beide wichtige Bestandteile dieser neuen Karte. Die vierte Datenveröffentlichung von Gaia wird Daten von noch besserer Qualität und Quantität enthalten, wodurch wir unser Wissen über Sternentstehungsgebiete weiter vorantreiben können“, bestätigt Johannes Sahlmann, Gaia-Projektwissenschaftler der ESA.

Quelle (Englisch): https://www.esa.int/Science_Exploration/Space_Science/Gaia/Fly_through_Gaia_s_3D_map_of_stellar_nurseries