Unsere Sonne kreist heute im Abstand von rund 25.000 Lichtjahren um das Milchstraßenzentrum – aber das war nicht immer so. Analysen ihrer Zusammensetzung und Bewegung legen nahe, dass die Sonne mehrere tausend Lichtjahre näher am galaktischen Zentrum gebildet wurde. Dort entstand sie gemeinsam mit vielen „Altersgenossen“ in einem durch intensive Sternbildung gekennzeichneten Gebiet. Studien legen nahe, dass es in der Vergangenheit unserer Galaxie mehrere Schübe einer solchen Sternbildung gab, darunter vor zwei und vor rund vier bis sechs Milliarden Jahren. „Daten des Gaia-Teleskops stützen die Annahme, dass diese Sternbildungsschübe durch episodische Begegnungen zwischen der Sagittarius-Zwerggalaxie und der Milchstraße ausgelöst wurden“, erklären Takuji Tsujimoto vom Nationalen Astronomischen Observatorium Japans und seine Kollegen. Der Sternenkatalog der Gaia-Mission zeige aber auch, dass neben der Sonne auch viele andere Sternen der Milchstraße heute nicht mehr dort stehen, wo sie einst geboren wurden. Ihre Ursprungsorte und Bewegungen zu rekonstruieren, ist jedoch wegen der bewegten Geschichte unserer Galaxie nicht einfach.
Sonnenzwillinge als Zeitzeugen
Um mehr über die Wanderung unserer Sonne und ihrer Altersgenossen zu erfahren, haben Tsujimoto und sein Team die bisher umfangreichste Analyse von Sonnenzwillingen unternommen – Sternen, die in ihrer Zusammensetzung, Größe und Temperatur unserem Stern sehr ähnlich sind. „Solche solaren Zwillinge gehören zu den besten Markern der galaktischen Entwicklung, weil sie die gleiche Metallizität (Fe/H) haben, aber eine breite Altersspanne aufweisen“, erklären die Astronomen. Gängiger Annahme nach wird das Verhältnis von schweren Elementen wie Eisen zum leichten Wasserstoff in einem Stern durch seine Geburtsumgebung geprägt: Je näher am galaktischen Zentrum ein Stern entsteht, desto höher ist sein anfänglicher Metallgehalt und desto schneller erreicht er höhere Anteile schwerer Elemente. „Dies resultiert in einem für den galaktischen Radius charakteristischen Verhältnis von Sternenalter zu Metallizität“, so das Team. Anhand dieser Beziehung lässt sich damit auch ermitteln, in welchem Abstand vom Milchstraßenzentrum ein solcher solarer Zwilling entstanden ist.
Diese Methode haben Tsujimoto und seine Kollegen nun genutzt, um die Vergangenheit von 4594 Sonnenzwillingen zu rekonstruieren, die heute im Umkreis von rund 950 Lichtjahren um die Sonne stehen. Die Basis dafür waren Daten des Gaia-Weltraumteleskops zur Bewegung, Position und Zusammensetzung dieser Sterne. „Wir haben zwei auffallende Merkmale gefunden“, berichten sie. Demnach zeigt die Altersverteilung dieser solaren Zwillinge zwei deutliche Peaks, einen schmalen, klar abgesetzten bei rund zwei Milliarden Jahre und einen breiten bei vier bis sechs Milliarden Jahren. Wie die Astronomen erklären, gehen die rund zwei Milliarden Jahre alten Sonnenzwillinge vermutlich auf einen Sternbildungsschub zurück, der durch Turbulenzen und Schwerkrafteinflüsse einer nahen Passage der Sagittarius-Zwerggalaxie ausgelöst wurde. Sie entstanden zudem vorwiegend vor Ort.
Anders ist dies bei dem Peak in der Alterskurve bei vier bis sechs Milliarden Jahren – der Sternbildungsphase, in der auch unserer Sonne entstand. „Die Sterne aus dieser Phase sind fast ausschließlich solche, die aus der inneren Sternenscheibe nach außen gewandert sind“, berichten die Astronomen. „Die solaren Zwillinge im Altersbereich von 4,5 bis sieben Milliarden Jahren zeigen Elementzusammensetzungen, die nahezu perfekt zu dem der Sonne passen. Das legt nahe, dass sie in sehr ähnlicher Umgebung wie die Sonne entstanden sind.“ Früheren Studien zufolge lag der Geburtsort der Sonne zwischen 16.300 und 19.500 Lichtjahre vom galaktischen Zentrum entfernt, also viel weiter innen als heute. Tsujimoto und seinem Team zufolge war die Sonne demnach Teil einer Massenmigration von Sternen, die aus diesem inneren Bereich der Sternenscheibe weiter nach außen wanderten.
Welche Rolle spielte der zentrale Balken?
Doch dieses Szenario hat einen Haken: Wie viele Spiralgalaxien besitzt die Milchstraße einen zentralen Balken – eine gerade Ansammlung besonders vieler Sterne und Gase. Sie bildet einen Transportweg für Gase und Staub, beeinflusst die Sternenbildung und auch die Bewegung von Sternen. Dabei wirkt der galaktische Balken wie eine Barriere, die die Wanderung von Sternen aus dem inneren Bereich der Galaxie nach außen hemmt. „Als Konsequenz daraus dürften weniger als ein Prozent der auf gleichem galaktischem Radius wie die Sonne entstandenen Sterne im Laufe ihrer Lebenszeit die heutige Nachbarschaft der Sonne erreicht haben“, erklären die Astronomen. „Entgegen dieser Erwartung zeigt unsere Altersverteilung statt einer Senke in diesem Altersbereich einen klaren Buckel.“ Demnach scheint der galaktische Balken die Massenmigration von Sonnenzwillingen aus dem inneren Bereich der Milchstraße nicht blockiert zu haben – eher im Gegenteil.
Nach Ansicht von Tsujimoto und seinen Kollegen deutet die massenhafte Auswärtsdrift der vier bis sechs Milliarden Jahre alten Sonnenzwillinge darauf hin, dass der Balken nicht nur keine Barriere bildete, er könnte die Wanderung sogar begünstigt haben. Dann müsste der Milchstraßenbalken allerdings etwas später entstanden sein als bisher angenommen – erst vor rund sechs bis sieben Milliarden Jahren statt wie bisher angenommen vor mindestens acht Milliarden Jahren. „Die Epoche der Balkenbildung könnte eine verstärkte Sternbildung in der inneren Scheibe und eine anschließende radiale Migration ausgelöst haben“, schreiben die Astronomen. Wie sie erklären, gibt es einige Studien, die eine solche spätere und länger dauernde Balkenbildung in der Milchstraße nahelegen. Die Massenmigration der Sonne und ihrer „Geschwister“ könnte dies nun stützen. Gleichzeitig erklärt dies, warum unsere Sonne heute so weit entfernt von ihrem Geburtsort steht.
Quelle: Takuji Tsujimoto (National Astronomical Observatory of Japan, Osaka) et al., Astronomy and Astrophysics, doi: 10.1051/0004-6361/202658914
