Scheibe und Spiralarme

Die Milchstraße ist eine Balkenspiralgalaxie mit etwa 100.000 Lichtjahren Durchmesser, deren Sterne — darunter die Sonne — sich größtenteils in einer flachen galaktischen Scheibe von nur wenigen tausend Lichtjahren Dicke befinden. Unser Sonnensystem liegt in einem der kleineren Spiralarme, dem Orionarm, etwa auf halbem Weg zwischen dem Zentrum und dem Rand der Scheibe.

Die Sonne braucht etwa 230 Millionen Jahre für einen vollständigen Umlauf um das galaktische Zentrum — eine so lange Zeitspanne, dass sie seit ihrer Entstehung erst etwa zwanzig Umläufe vollendet hat, während die Erde bereits mehr als 4,5 Milliarden Umdrehungen um sich selbst gemacht hat.

Wölbung und Halo

Im Zentrum der Galaxie erstreckt sich die galaktische Wölbung (Bulge), eine dichte, insgesamt kugelförmige Ansammlung alter Sterne, die im Schnitt deutlich älter sind als jene der Scheibe. Ringsherum erstreckt sich ein viel größerer und diffuserer Halo weit über die sichtbare Scheibe hinaus, bevölkert von Kugelsternhaufen alter Sterne und, nach den meisten aktuellen Modellen, einer beträchtlichen Menge unsichtbarer Dunkler Materie, deren Masse die der gesamten sichtbaren Materie zusammen bei Weitem übersteigen dürfte.

Das supermassereiche zentrale Schwarze Loch

Im genauen Herzen der Milchstraße befindet sich Sagittarius A*, ein supermassereiches Schwarzes Loch von etwa 4 Millionen Sonnenmassen. Seine Existenz wurde zweifelsfrei bestätigt, indem über Jahrzehnte hinweg die Bahnen einzelner Sterne verfolgt wurden, die sich mit sehr hoher Geschwindigkeit um einen unsichtbaren Punkt bewegen — eine Arbeit, für die Reinhard Genzel und Andrea Ghez 2020 den Physik-Nobelpreis erhielten. 2022 lieferte das Event Horizon Telescope sogar das allererste direkte Bild davon, in Form eines Lichtrings um seinen Schatten.

Praktisch alle großen Galaxien, einschließlich der elliptischen, scheinen ein vergleichbares supermassereiches Schwarzes Loch in ihrem Zentrum zu beherbergen — eine Eigenschaft, die mit ihrer Entstehung selbst zusammenhängen könnte.

Enthüllt im Mai 2022, zeigt dieses Bild einen hellen, asymmetrischen Ring aus überhitztem Gas rund um eine dunkle zentrale Region — den Schatten des Schwarzen Lochs, den Bereich, aus dem kein Licht entkommen kann. Es wurde nicht von einem einzigen Instrument aufgenommen, sondern aus den kombinierten Daten von acht über den ganzen Planeten verteilten Radioteleskopen rekonstruiert, von der Antarktis bis Chile, die gleichzeitig als ein einziges virtuelles Teleskop von der Größe der Erde arbeiteten — die einzige Möglichkeit, die nötige Auflösung zu erreichen, um ein derart kompaktes Objekt in 27.000 Lichtjahren Entfernung zu unterscheiden.

Sagittarius A* zu fotografieren erwies sich als deutlich schwieriger als bei M87*, dem ersten je von derselben Kollaboration abgebildeten Schwarzen Loch im Jahr 2019: Obwohl Sagittarius A* viel näher ist, umkreist seine Materie es so schnell — in nur wenigen Minuten, gegenüber mehreren Tagen bei M87* —, dass sich sein Erscheinungsbild schon während der Dauer einer einzelnen Beobachtung merklich verändert, was die Teams zwang, neue Techniken zu entwickeln, um trotz dieser ständigen Bewegung ein scharfes Bild zu rekonstruieren.

Eine Galaxie, die sich von innen schwer kartieren lässt

Paradoxerweise ist es einfacher, eine detaillierte Karte einer benachbarten Galaxie zu erstellen als die unserer eigenen: Die Milchstraße von der Sonne aus zu beobachten, gleicht dem Versuch, den Grundriss eines Waldes zu zeichnen, während man zwischen den Bäumen feststeckt — dazu kommen dichte Wolken interstellaren Staubs, die das sichtbare Licht in Richtung des galaktischen Zentrums blockieren. Astronomen umgehen dieses Hindernis, indem sie in anderen Wellenlängen beobachten — Infrarot, Radio, Röntgenstrahlung —, die den Staub besser durchdringen.

Die europäische Weltraummission Gaia, gestartet 2013, hat diese Karte erheblich verfeinert, indem sie mit beispielloser Präzision Position, Entfernung und Bewegung von mehr als einer Milliarde Sternen gemessen hat. Dabei zeigte sich unter anderem, dass die galaktische Scheibe leicht verzogen ist, wie eine verzogene Schallplatte — vermutlich unter dem gravitativen Einfluss wechselwirkender Zwerggalaxien.

Eine bevorstehende Kollision

Die Milchstraße und die Galaxie Andromeda, ihr größter Nachbar, nähern sich einander mit etwa 110 km/s und sollten in etwa 4,5 Milliarden Jahren kollidieren — ein zeitlicher Ablauf, der überraschend nah an dem der Verwandlung der Sonne in einen Roten Riesen liegt. Wie bei jeder galaktischen Kollision werden einzelne Sterne so gut wie nie direkt zusammenstoßen, doch die beiden Galaxien werden über mehrere hundert Millionen Jahre hinweg allmählich verschmelzen und eine einzige elliptische Galaxie bilden, die manchmal schon vorab „Milkomeda" genannt wird.

Das Sonnensystem selbst dürfte diese Verschmelzung höchstwahrscheinlich überstehen, lediglich in eine andere Region der entstehenden Galaxie verschoben — eine so ferne Zeitskala, dass die Sonne bis dahin ohnehin bereits weit in ihre eigene Verwandlung in einen Riesenstern eingetreten sein wird.