Andromeda auf Kollisionskurs

In zwei Milliarden Jahren beginnt der Andromedanebel mit der Milchstraße zu kollidieren. Unsere Sonne wird dabei wohl in einen galaktischen Außenbezirk geschleudert. Mit blossem Auge gerade noch erkennbar ist das unscheinbare Lichtfleckchen in klaren, mondlosen Nächten – doch eines Tages wird es für ein furioses Schauspiel am Himmel sorgen. Denn der Andromedanebel, mit 2,5 Millionen Lichtjahren Distanz das fernste ohne Teleskop sichtbare Himmelsobjekt, rast mit 120 Kilometer pro Sekunde auf die Milchstraße zu, unsere Heimatgalaxie. Die kosmische Kollision ist unaufhaltsam. Mehr noch: Unsere Sonne wird, lange bevor sie erlischt, Teil dieses galaktischen Crashs sein. Der bedeutet das Ende beider Feuerräder im All – und einen neuen Anfang. Denn die zwei gigantischen flachen Sternenscheiben werden zu einer ellipsoiden Riesengalaxie verschmelzen. Dass Galaxien zusammenstoßen, wissen Astronomen schon lange. Im Umkreis von einigen Hundert Millionen Lichtjahren gibt es eindrucksvolle Beispiele. Und im frühen Universum, das zeigen Aufnahmen mit dem Hubble-Weltraumteleskop, waren solche Kollisionen zehn- bis hundertmal häufiger, weil die Galaxien damals noch näher beieinander standen. Seither hat die Ausdehnung des Weltraums sie mehr und mehr getrennt. 100 Millionen Teilchen im Computer Galaxiengruppen, die sich bereits wenige Milliarden Jahre nach dem Urknall gemeinsam aus dem Urgas gebildet haben, blieben aufgrund ihrer Schwerkraft aneinander gebunden. So auch die Milchstraße und ihr etwas größerer Bruder im Sternbild Andromeda. Doch obwohl Astronomen schon seit vielen Jahrzehnten vermuten, dass es einen solchen Zusammenstoß oder nahen Vorbeiflug gibt, sind genaue Studien bislang rar. Erst im Jahr 2006 hat John Dubinski von der University of Toronto nach mehr als zehn Jahren Forschung eine detaillierte Computersimulation veröffentlicht. Dabei wurde die Bewegung von über 100 Millionen virtuellen Teilchen, die die Sterne repräsentieren, mit dem Gravitationsgesetz berechnet. Auch die Dunkle Materie hat der Astronom berücksichtigt: Mehr als zwei Drittel der Galaxienmassen leuchten nicht, sondern bestehen wohl aus noch unbekannten Elementarteilchen, die sich nur durch ihre Schwerkraft bemerkbar machen. Schon bei 10 000 Lichtjahren Distanz vom Galaxienzentrum dominiert der Einfluss der Dunklen Materie. Dubinski zufolge treffen sich Milchstraße und Andromedanebel in vielleicht vier Milliarden Jahren. Sie durchdringen sich dann gegenseitig und entfernen sich anschließend wieder voneinander. Das klingt dramatischer, als es ist. Denn eine Kollision von Sternen ist dabei extrem unwahrscheinlich. Die Abstände zwischen ihnen sind dafür einfach zu groß. So beträgt die Entfernung zwischen der Sonne und ihrem nächsten Nachbarn, Proxima Centauri, über 4,2 Lichtjahre – das entspricht dem 30-Millionenfachen des Sonnendurchmessers. Mit irdischen Verhältnissen veranschaulicht ist dies, als befänden sich zwei Sandkörnchen an den gegenüberliegenden Stadtgrenzen Berlins – mit nichts als etwas Gas und Staub dazwischen. Trotzdem geht die galaktische Begegnung an den kosmischen Feuerrädern nicht spurlos vorüber. Zum einen prägen die Gezeitenkräfte spiralförmige Muster in die Verteilung von Gas und Sternen, zum anderen werden ihnen lange „ Gezeitenschwänze” aus Gas und Sternen entrissen. Auch das ist ein Effekt der gravitativen Wechselwirkung. Vermutlich bildet sich sogar eine Verbindungsbrücke aus Sternen. Dann kehren die Galaxien ihre Bewegungsrichtung um und kollidieren erneut. Dabei werden wiederum Sterne in den intergalaktischen Raum geschleudert. Schließlich verschmelzen die beiden Sterneninseln zu einer einzigen. In dieser kosmisch gesehen gar nicht so fernen Zukunft scheint unsere Sonne noch – sogar um einiges kräftiger als heute. Zwar haben die Temperaturen auf der Erde dann lebensfeindlich hohe Werte erreicht (bild der wissenschaft 11/2007, „Die Letzen werden die Ersten sein”). Aber vielleicht sind unsere fernen Nachfahren schon längst in Raumstationen oder auf den Mars geflohen oder sogar zu anderen Sternen ausgewandert. Es ist also gut möglich, dass sie oder irgendwelche Außerirdischen Zeugen des großen galaktischen Crashs werden. Zunächst beherrscht die gigantische Spirale des Andromedanebels die eine Himmelshälfte. Wenn sich die Galaxien überschneiden, werden für vielleicht 100 Millionen Jahre zwei prächtige Sternenbänder am Nachthimmel prangen, nicht nur das eine der Milchstraße heute – ein verwirrender Anblick für künftige Astronomen. Welcher Stern zu welcher Galaxie gehört, werden sie oft nicht sagen können. Wohin es unsere Sonne verschlägt, ist ebenfalls nicht klar. Sie könnte in den Gezeitenschwanz geraten und in den intergalaktischen Raum geschleudert werden. „In diesem Fall würde unser Stern mit einigen stellaren Nachbarn sehr einsam werden, und der Nachthimmel wäre sehr dunkel – nur wenige Sterne wären mit bloßem Auge sichtbar”, beschreibt Dubinski den enttäuschenden Anblick, wie ihn heute schon viele Menschen in den hell beleuchteten Großstädten haben. Oder aber die Sonne gerät in die Zentralregion der künftigen Riesengalaxie. Dort entstehen aufgrund der Kollision ausgedehnter Gas- und Staubwolken viele neue Sterne. Die massereichsten von ihnen explodieren alsbald, sodass einige Supernovae pro Jahr den irdischen Nachthimmel so weit aufhellen würden, dass man bequem Zeitung lesen könnte. Aus zwei Spiralen wird ein Rugbyball Eine genauere Prognose veröffentlichten vor wenigen Monaten Thomas J. Cox und Abraham Loeb vom Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics in Cambridge, Massachusetts. Ihre Computersimulationen sind nicht so schön anzusehen wie die von Dubinski, aber sie sind wissenschaftlich informativer. Cox und Loeb nehmen an, dass mit 2,6 Billionen Sonnenmassen etwa die Hälfte der Masse der Lokalen Gruppe in der Milchstraße (eine Billion Sonnenmassen) und im Andromedanebel stecken, die andere Hälfte in den rund 40 Zwerggalaxien und vor allem im Gas und in der Dunklen Materie zwischen ihnen. Dieses intergalaktische Medium ist relativ heiß (über 100 000 Grad) und sehr dünn. Trotzdem erzeugt es eine dynamische Reibung: Es bremst die Galaxienbewegungen, indem es Bahnenergie und Drehimpuls absorbiert, sodass die Schwerkraft stärker an den Sterneninseln angreifen kann, die sonst zunächst in einer größeren Entfernung aneinander vorbeifliegen würden. Außerdem beschleunigt ihr jeweiliger massereicher Halo aus Dunkler Materie die wechselseitige Anziehung ab einer Entfernung von etwa 300 000 Lichtjahren merklich. Die Folge: Die Kollision von Milchstraße und Andromedanebel geschieht rascher als in Dubinskis Modell und in anderen früheren Berechnungen. Cox und Loeb haben ein gutes Dutzend Szenarien mit verschiedenen Parametern und Anfangsbedingungen durchgerechnet und ein ziemlich stabiles, eindeutiges Ergebnis gefunden. Der erste Zusammenstoß von Milchstraße und Andromedanebel beginnt demnach schon in zwei Milliarden Jahren. Vorbei ist alles in etwa fünf Milliarden Jahren: Dann haben sich die beiden imposanten Feuerräder zu einer riesigen ellipsoiden Galaxie aus einer Billion Sternen zusammengeballt, einem gigantischen Rugbyball im All. Cox und Loeb nennen sie „Milchomeda”. Das Gas der Riesengalaxie wird, kollisionsbedingt, zehnmal heißer sein als heute – rund drei Millionen Grad – und Röntgenstrahlung aussenden. Wahrscheinlich werden auch die zentralen supermassereichen Schwarzen Löcher miteinander verschmelzen. Wenn ein Prozent des Gases zu ihnen gelangt, wird dort vorübergehend ein Quasar entflammen. Quasare waren früher im Universum häufig. Sie scheinen 100- bis 1000-mal heller als eine normale Galaxie und entstehen durch das Leuchten des Gases vor seinem Sturz in ein supermassereiches Schwarzes Loch – gleichsam als Todesschrei der Materie. Cox und Loeb haben in ihrem Modell auch das weitere Schicksal unserer Sonne untersucht. Zwar lassen sich dazu nur statistische Aussagen machen, doch auch diese haben ihren wissenschaftlichen Wert. So betragen die Chancen bloß 12 Prozent, dass unsere Sonne schon bei der ersten Kollision zwischen Milchstraße und Andromedanebel in die Außenbezirke geschleudert wird, über 60 000 Lichtjahre vom Galaktischen Zentrum entfernt. Bei der zweiten Kollision wächst die Wahrscheinlichkeit jedoch schon auf 30 Prozent. Und knapp 3 Prozent ist die Wahrscheinlichkeit dafür, dass die Sonne vorübergehend ein Mitglied des Andromedanebels wird – also die Galaxie wechselt, bevor beide Spiralen sich zu Milchomeda vereinigen. Die mit über 66 Prozent wahrscheinlichste Position der Sonne in Milchomeda wird der äußere Halo sein, rund 100 000 Lichtjahre vom Zentrum entfernt – also viermal so weit wie heute. „Das ist, als würde die Sonne in ein Altersheim aufs Land geschickt”, sagt Thomas Cox. Wenn sich in dieser fernen Zukunft noch Nachfahren von uns im Sonnensystem aufhalten, werden sie einen prächtigen Blick auf ihre neue Doppelheimatgalaxie haben. Und sich vielleicht ans Jahr 2007 erinnern, in dem dies erstmals prognostiziert wurde. „Der Artikel ist wohl der erste in meiner Publikationsliste, der eine Chance hat, noch in fünf Milliarden Jahren zitiert zu werden”, witzelt Loeb. ■ Rüdiger Vaas Ohne Titel · Wenn sich Galaxien durchdringen, stoßen Gaswolken zusammen – aber keine Sterne. · Computersimulationen machen sichtbar, wie sich aus verschmelzenden Spiralgalaxien Riesenellipsen bilden. Ohne Titel Ohne Titel Wie Milchstrasse und Andromedanebel verschmelzen Galaktische Zukunft: In zwei Milliarden Jahren durchdringen sich Milchstraße und Andromedanebel, in fünf sind sie zu einer Elliptischen Riesengalaxie verschmolzen. Die Sequenz stammt von der bislang besten Computersimulation dieses Vorgangs, die Thomas Cox und Abraham Loeb vom Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics programmiert haben. Die Falschfarben symbolisieren die Massendichte der Sterne. Die Bildbreite variiert und ist jeweils unten rechts in Kiloparsec angegeben (1 Kiloparsec sind 3262 Lichtjahre). Die Zeit in Milliarden Jahren steht jeweils oben links. Ohne Titel Internet Computersimulationen von Thomas Cox und Abraham Loeb: www.cfa.harvard.edu/~tcox/localgroup/ Computersimulationen von John Dubinski: www.cita.utoronto.ca/~dubinski/tflops/ Ein brillantes, aktuelles, ausführliches und gut verständliches deutschsprachiges Online-Lexikon zur Astrophysik von dem Astronomen Andreas Müller: www.mpe.mpg.de/~amueller/lexdt.html