Unsere Sonne und die meisten anderen Sterne der Milchstraße liegen in der „dünnen Scheibe“ – der Hauptebene unserer Galaxie. In ihr liegen die Spiralarme und der Balken, hier findet die meiste Sternbildung statt. Über und unter dieser flachen Sternenscheibe liegt die dicke Scheibe – ein ausgedehnterer Bereich mit vorwiegend älteren Sternen. Doch wie sind diese beiden Scheiben unserer Galaxie entstanden? Welche war zuerst da?
Zwei Szenarien für die Milchstraßenscheiben
Bisher gibt es dazu zwei gegensätzliche Szenarien: Dem ersten Modell zufolge wurden neue Sterne von Anfang an nur in der dünnen Scheibe gebildet. Erst nachträglich schleuderten dann Turbulenzen diese älteren Sterne in die dicke Scheibe. Die dicke Scheibe entwickelte sich demnach später als die dünne. Das zweite Szenario beschreibt das Umgekehrte. Nach diesem entstanden die ersten Sterne unserer Galaxie in einer dicken, stark turbulenten Gasscheibe. Als diese Gasturbulenzen allmählich nachließen, konzentrierte sich die Sternbildung zunehmend in der dünnen Sternenscheibe.
Welches Szenario stimmt, ist eines der großen Rätsel unserer Galaxie. „Simulationen zufolge sind beide Modelle zur Entstehung der Scheiben möglich“, erklärt Erstautor David Mirabal vom Institut für Astrophysik der Kanaren. „Um zu entscheiden, welches Szenario tatsächlich auf die Milchstraße zutrifft, fehlten jedoch astronomische Beobachtungsdaten.“ Die Altersschätzungen für Sterne in beiden galaktischen Bereichen waren nicht eindeutig und präzise genug, um die zeitlichen Abläufe zu rekonstruieren.
Sternenalter verrät frühe Form der Galaxie
Das hat sich nun geändert: Mirabal und sein Team haben eine Methode entwickelt, um das Alter von Sternen auf fünf Prozent genau zu bestimmen. Die Abweichungen liegen dadurch selbst bei sehr alten Sternen bei maximal 500 Millionen Jahren. Möglich wurde dies dank der Daten des Weltraumteleskops Gaia zu Positionen, Bewegung, Spektrum und Helligkeit von mehr als einer Milliarde Sternen unserer Milchstraße. Im Projekt ChronoGal nutzten die Astronomen diese Daten, um verschiedene Populationen von Sternen in unserer Galaxie präziser zu datieren als bisher möglich.
Verteilung unterschiedlich alter Sterne in der Milchstraße. — © Gabriel Pérez, SMM and Gaia.
Die Datierungen enthüllten: Je näher die Sterne an der galaktischen Hauptebene liegen, desto jünger sind sie. Das legt nahe, dass die Sternbildung anfangs in einem größeren, auch die dicke Scheibe umfassenden Bereich ablief. Dazu kommt ein zweites Resultat: „Mehr als 10,8 Milliarden Jahre alte Sternpopulationen folgen einer deutlich anderen, schnelleren Entwicklung als die jüngeren“, berichten die Astronomen. Innerhalb dieser sehr alten Sternengruppe verändert sich der Abstand zur Mittelebene der Milchstraße stärker als bei später gebildeten Sternen.
Umbruch vor 10,8 Milliarden Jahren
„Damit zeigen unsere Ergebnisse zwei klar abgegrenzte, zeitabhängige Phasen für die Entwicklung der galaktischen Scheibe“, schreiben Mirabal und seine Kollegen. Bis vor 10,8 Milliarden Jahren flachte sich die Sternenscheibe der Milchstraße demnach sehr schnell ab: Innerhalb von nur zwei Milliarden Jahren verringerte sich ihre Dicke von mehr als 4100 Lichtjahren auf etwa 1600 Lichtjahre. Die weitere, bis heute anhaltende Abflachung der Sternenscheibe verlief jedoch deutlich langsamer.
Der Zeitpunkt dieses Tempowechsels ist möglicherweise kein Zufall, denn vor rund 10,8 Milliarden Jahren erlebte die Milchstraße ihre dramatischste Karambolage: Sie kollidierte mit ihrem damaligen Nachbarn, der Gaia-Sausage-Enceladus-Zwerggalaxie, und verschmolz mit ihr. Durch dieses Ereignis bekam die Milchstraße ihre zentrale Sternenbeule, gleichzeitig wurden ihre äußeren Bereiche stark deformiert und möglicherweise sogar gekippt.
„Upside-Down“-Szenario bestätigt
Noch wichtiger jedoch: Die zweischrittige Entwicklung der Milchstraße verrät, welches der beiden Bildungsszenarien zutrifft. „Dieses Ergebnis ist der erste eindeutige Beobachtungsbeleg dafür, dass eines der beiden Modelle die frühe Entwicklungsphase unserer Galaxie besser beschreibt“, sagt Mirabal. Demnach stimmen die Beobachtungsdaten am besten mit dem „Upside-down“-Modell überein: Die Sternbildung fand anfangs in einer dicken, turbulenten Gasscheibe statt.
„Dieses stark turbulente, sternbildende Gas kühlte sich innerhalb der ersten rund drei Milliarden Jahre immer mehr ab und kam zur Ruhe“, erklären die Astronomen. Dadurch setzte sich dieses Gas zunehmend in der Hauptebene der Milchstraße ab. Als Folge wurde die Zone der Sternbildung flacher. Vor rund 10,8 Milliarden Jahren war der größte Teil dieser Gasbewegung abgeschlossen und die Entwicklung verlangsamte sich.
„Unsere Galaxie ging in einen ruhigeren Zustand über, kühlte allmählich ab und die dynamisch kältere dünne Scheibe bildete sich – die dünne Sternenscheibe, die wir heute sehen“, schreiben Mirabal und seine Kollegen. „Damit löst dieses Ergebnis ein klassisches Problem der Astrophysik.“
Quelle: David Mirabal (Instituto de Astrofísica de Canarias, Teneriffa) et al., The Astrophysical Journal Letters, 2026; doi: 10.3847/2041-8213/aeb0a3
