Ein internationales Forschungsteam hat erstmals den Rand der sternbildenden Scheibe der Milchstraße quantitativ bestimmt. Demnach findet die aktive Sternentstehung in unserer Galaxie überwiegend innerhalb eines Radius von rund 40.000 Lichtjahren um das galaktische Zentrum statt. Damit liegt diese Grenze laut einer Mitteilung der Universität Malta näher als bisher angenommen. Die Ergebnisse der Studie wurden in der Fachzeitschrift Astronomy & Astrophysics veröffentlicht.

Die Lokalisierung des galaktischen Randes war bisher schwierig, weil die Scheibe der Milchstraße nicht abrupt endet, sondern langsam ausläuft. Hinzu kommt, dass sich unser Sonnensystem innerhalb der Galaxie befindet, was die Vermessung erschwert.

Hauptautor Karl Fiteni von der Universität Insubria erklärte, das Ausmaß der sternbildenden Scheibe sei „eine seit Langem offene Frage in der galaktischen Archäologie“ gewesen. Durch die Kartierung der Altersverteilung der Sterne lasse sich diese Frage nun präzise beantworten. Die Diskrepanz zu älteren Messungen führen die Autoren auf abweichende Annahmen zur Position der Sonne sowie auf die geringere Datenmenge früherer Kataloge zurück, insbesondere in Richtung des galaktischen Antizentrums, also jener Himmelsregion, die vom Zentrum der Milchstraße aus gesehen direkt hinter der Erde liegt und den Blick in den äußeren Scheibenbereich freigibt.

Das galaktische Zentrum ist hingegen der Mittelpunkt unserer Milchstraße – dort, wo sich das supermassereiche Schwarze Loch Sagittarius A* befindet. Von der Erde aus liegt es in Richtung des Sternbilds Schütze (Sagittarius). Das galaktische Antizentrum istdamitgenau der entgegengesetzte Punkt am Himmel: Wenn man von der Erde aus eine gerade Linie durch das galaktische Zentrum zieht und in die andere Richtung verlängert, blickt man ins Antizentrum. Es liegt im Sternbild Fuhrmann (Auriga), nahe der Grenze zum Stier (Taurus).

Die Forschenden analysierten mehr als 100.000 Riesensterne aus den spektroskopischen Durchmusterungen LAMOST-DR3 und APOGEE-DR17 sowie aus astrometrischen Daten des europäischen Weltraumteleskops Gaia. Berücksichtigt wurden nur Sterne, die sich nahe der Mittelebene der Galaxie befinden und auf nahezu kreisförmigen Bahnen ziehen. So stellte das Team sicher, dass die Daten tatsächlich die Scheibe abbilden und nicht durch ältere Sterne aus dem umgebenden Halo verzerrt werden.

Eine U-förmige Altersverteilung markiert die Grenze

Die Auswertung ergab eine charakteristische U-förmige Verteilung der Sternalter: Im inneren Bereich der Scheibe nimmt das mittlere Alter der Sterne mit zunehmendem Abstand vom Zentrum ab – ein Zeichen für das sogenannte „Inside-Out“-Wachstum, bei dem sich Galaxien von innen nach außen aufbauen. Ab einer Entfernung von 11,28 Kiloparsec (laut APOGEE-Daten) beziehungsweise 12,15 Kiloparsec (laut LAMOST-Daten) – umgerechnet rund 35.000 bis 40.000 Lichtjahre – kehrt sich der Trend um: Die Sterne werden mit zunehmender Distanz wieder älter.

Victor P. Debattista von der Universität Lancashire, Mitautor der Studie, betonte, die Sterne im äußeren Bereich befänden sich auf nahezu kreisförmigen Bahnen. Sie könnten daher nicht durch eine einfallende Satellitengalaxie nach außen geschleudert worden sein, sondern müssten in der Scheibe selbst entstanden sein.

Wie sieht der Rand genau aus?

Der so identifizierte Rand der Milchstraße ist demnach keine scharfe Kante, sondern ein Übergangsbereich. Innerhalb des Radius von rund 40.000 Lichtjahren ist die Scheibe dicht mit Gas und Staub gefüllt, aus dem ständig neue Sterne entstehen – hier liegen auch die markanten Spiralarme. Jenseits dieser Grenze bricht die Sternentstehung weitgehend ab, weil zu wenig kaltes Gas vorhanden ist. Die Sterndichte fällt ab diesem Punkt deutlich steiler ab als im Inneren.

Trotzdem ist der Außenbereich nicht leer: Vereinzelte, überwiegend ältere Sterne ziehen dort auf nahezu kreisförmigen Bahnen ihre Runden. Sie sind keine ortsansässigen Bewohner, sondern Zuwanderer aus den inneren Regionen, die im Lauf von Milliarden Jahren nach außen gewandert sind. Die Scheibe läuft damit in einem dünn besiedelten, ruhigen Außenbezirk aus, der nahtlos in den kugelförmigen Halo der Galaxie übergeht.

Drei mögliche Ursachen für den Sternentstehungs-Stopp

Welche physikalischen Mechanismen den abrupten Rückgang der Sternentstehung verursachen, ist noch nicht abschließend geklärt. Die Studie nennt drei mögliche Erklärungen: Zum einen könnte die äußere Lindblad-Resonanz des zentralen Balkens der Milchstraße den Gasfluss stören und Gas im Inneren festhalten. Zum anderen könnte ein „galaktischer Warp“ – eine Verbiegung der galaktischen Scheibe in diesem Bereich – das Gas auf eine größere Fläche verteilen. Drittens könnte das Gas schlicht zu dünn werden, um abzukühlen und sich zu sternbildenden Regionen zu verdichten.

Die Ergebnisse ordnen die Milchstraße als sogenannte Typ-II-Galaxie ein, deren Helligkeitsprofil einen Knick aufweist. Etwa 60 Prozent aller Scheibengalaxien im lokalen Universum gehören diesem Typ an.