Die Milchstraße

Die Milchstraße enthält die Erde, unser Sonnensystem, etwa 200 Milliarden weitere Sternensysteme und im Zentrum dieser Galaxis befindet sich Sagittarius A*, ein super-massives schwarzes Loch.
Was wissen wir noch über die Milchstraße, unser galaktisches Zuhause im Universum? Und wie konnten Wissenschaftler diese Informationen im Laufe von Jahrhunderten zusammentragen? Welche Raumsonden und Teleskope, welche Astronomen und Physiker haben zum heutigen Wissen über die Milchstraße beigetragen?

In diesem Artikel fassen wir die wichtigsten Infos, Daten, sowie historische und aktuelle Forschungsergebnisse zu unserer Heimatgalaxie, der Milchstraße, zusammen. Dabei gehen wir unter anderem auf diese Punkte und Fragen ein:

Wie groß ist die Milchstraße?
Wann ist die Milchstraße entstanden?
Wie viele Sterne und Planeten befinden sich in der Milchstraße?
Warum heißt die Milchstraße Milchstraße?
Wo befindet sich die Erde in der Milchstraße?
Was ist im Zentrum der Milchstraße?

Die Kapitel im Überblick

Was ist die Milchstraße?

Die Milchstraße ist die Galaxie, in der sich die Erde, unser Sonnensystem und ungefähr 100 bis 300 Milliarden weitere Sternensysteme befinden. Außerdem enthält die Milchstraße wahrscheinlich mindestens genauso so viele Exoplaneten wie Sternensysteme, also mehrere hundert Milliarden.

Woraus besteht die Milchstraße?

Die Milchstraße enthält ungefähr:

15 % Sterne
4 % Interstellares Gas
1 % Interstellarer Staub
80 % Dunkle Materie

Struktur, Form und Größe der Milchstraße

Die Milchstraße ist eine Balkenspiralgalaxie. Diese Struktur kommt sehr häufig vor: Etwa 30 Prozent der Galaxien werden der Kategorie Spiralgalaxie zugerechnet und von den beobachteten Spiralgalaxien im Universum sind über 50 Prozent Balkengalaxien.

Die Milchstraße: Struktur und Form — Abbildung 1: Die Milchstraße mit den 2 Hauptarmen, den 2 Nebenarmen und der Position der Sonne (SUN) im Orionarm.
**Credit:** NASA/JPL-Caltech/ESO/R. Hurt

Hauptarme und Nebenarme

Bis vor wenigen Jahren nahm man an, dass die Milchstraße 4 ungefähr gleich wichtige Spiralarme besitzt.
Nach neuen Ergebnissen, insbesondere der Auswertung von Infrarot-Aufnahmen des SPITZER Weltraum-Teleskops, unterteilt man diese 4 Spiralarme nun in

zwei Hauptarme: Scutum-Centaurus und Perseus
und zwei Nebenarme: Norma und Sagittarius

In den Hauptarmen befindet sich eine hohe Dichte an alten und neueren Sternen. Die Nebenarme enthalten vor allem Gas, aus welchem Sterne gebildet werden.
Haupt- und Nebenarme und alle Sterne und Planeten der Milchstraße drehen sich um das Zentrum der Galaxis. Dabei nimmt die Rotationsgeschwindigkeit mit der Entfernung vom Zentrum stark zu,

Galaktische Ebene

Der Balken und die Spiralarme liegen auf einer Ebene. Dies ist auch die Ebene, auf welcher die Rotationsbewegung der Galaxis stattfindet und wird auch galaktische Ebene oder galaktischer Äquator genannt. Bei einer Balkenspiralgalaxie sind die meisten Sterne entlang dieser galaktischen Ebene angeordnet.
Von der Seite aus gesehen sieht eine Balkenspiralgalaxie wie die Milchstraße daher etwa so wie ein Frisbee oder ein UFO aus.

Panoramabild der Milchstraße

Das Bild oben zeigt die Milchstraße ungefähr so, wie sie von einem Punkt außerhalb der Galaxis aus erscheinen würde. Dazu wurden zahlreiche Aufnahmen von verschiedenen Teleskopen (vor allem der europäischen Südsternwarte) im Rahmen des GigaGalaxy Zoom Projektes zusammengefügt.
Eine beeindruckende 360 Grad Panorama Ansicht dieses Bildes gibt es unter diesem Link: https://panoviewer.toolforge.org/#ESO_-_Milky_Way.jpg

Wie groß ist die Milchstraße?

Entlang der galaktischen Ebene dehnt sich die Milchstraße über ungefähr 150.000 bis 200.000 Lichtjahre aus. 1 Lichtjahr ist die Entfernung, welche das Licht in einem Jahr zurücklegt, was ungefähr 9,46 Billionen Kilometer sind. Die Ausdehnung der Milchstraße beträgt damit also ungefähr 1 Trillion km.

Die Höhe bzw. Dicke der Scheibe ist dagegen viel geringer und variiert entlang der Ausdehnung etwa zwischen 3.000 und 10.000 Lichtjahren. Für den Balken im Zentrum wird die Ausdehnung in der Länge auf etwa 27.000 Lichtjahre und die Dicke auf etwa 15.000 bis 16.000 Lichtjahre geschätzt.

Das Zentrum der Milchstraße

Das Zentrum der Milchstraße befindet sich in der Nähe des Sternbilds Schütze. Es ist ungefähr 27.000 Lichtjahre von der Sonne entfernt (siehe Abbildung 1). Das galaktische Zentrum ist das Gebiet der Milchstraße, in dem sich mit Abstand am meisten Sterne befinden: Die Sternendichte ist dort ungefähr 1 Million mal höher als außerhalb (siehe auch Abbildung 2).

Etwa eine halbe Million Sterne gibt es im Zentrum der Milchstraße, und viele sind nur wenige Lichttage voneinander entfernt. Zum Vergleich: Die Sonne und der nächste Nachbarstern, Alpha Centauri, sind 4,3 Lichtjahre voneinander entfernt.

Schwarzes Loch Sagittarius A*

Im Zentrum der Milchstraße befindet sich auch ein supermassives schwarzes Loch: Sagittarius A* ist ca. 4 Millionen mal so schwer wie die Sonne und wurde erst 2002 entdeckt.
Es wird vermutet, dass sich wahrscheinlich bei allen Galaxien im Zentrum ein Schwarzes Loch befindet.

Das folgende Video auf YouTube zeigt, wie das globale Event Horizon Teleskop Netzwerk die erste Aufnahme vom Schwarzen Loch Sagittarius A* im Zentrum der Milchstraße anfertigen konnte:

https://www.youtube.com/watch?v=i1fhtjhL_3k

Planeten und Sternensysteme in der Milchstraße

Nach der Entdeckung von mehreren Exoplaneten ab 1992 wissen wir, dass es außerhalb des Sonnensystems viele Planeten gibt. Die bisher bestätigten Entdeckungen von über 5000 Exoplaneten sind alle in der Milchstraße. Doch dies ist nur ein kleiner Bruchteil der Planeten und Sternensysteme, die es in der Milchstraße gibt.

Wie viele Sterne hat die Milchstraße?

Wenn der Nachthimmel klar und wolkenfrei ist, können wir die Sterne der Milchstraße sehen. Dies gelingt am besten in Gegenden, wo es nachts absolut dunkel ist.
Mit dem bloßen Auge sieht man dann schon eine große Anzahl von Sternen und auch das Band der Milchstraße ist bei guten Bedingungen manchmal erkennbar.

Da wir uns selber in der Milchstraße befinden, sehen wir aber nur einen Teil der Galaxis. Viele Sterne sind nicht sichtbar, da sie sich hinter den Sternen befinden, die wir sehen. Zudem es gibt auch viele Sterne, deren Helligkeit zu gering ist, als dass diese mit dem Auge gesehen werden können.

Teleskope, insbesondere Sternwarten sind sehr viel empfindlicher und können deshalb viel mehr Sterne der Milchstraße erkennen. Für Weltraumteleskope ist nochmal ein viel größerer Bereich der Milchstraße sichtbar. Und durch Beobachtungen in verschiedenen Wellenlängenbereichen der elektromagnetischen Strahlung (Ultraviolett, Sichtbares Licht, Infrarot, Mikrowellen, Radiowellen) können weitere Sterne entdeckt werden.

So kann man die Anzahl der für alle Teleskope in den verschiedenen Wellenlängenbereichen sichtbaren Sterne ermitteln. Doch auch dies ist nur ein Bruchteil der gesamten Anzahl an Sternen in der Milchstraße. Selbst von einer Position außerhalb der Milchstraße würde man nicht alle Sterne sehen können. Ein Großteil der Sterne würde immer verdeckt bleiben, weil diese sich hinter sehr vielen anderen Sternen befinden.

Die tatsächliche Zahl der Sterne in der Milchstraße kann deshalb nur geschätzt werden.

Nach aktuellen Schätzungen befinden sich in der Milchstraße ca. 100 bis 300 Milliarden Sterne. Wie kommt man auf diese Zahl?

Aus der Rotationsgeschwindigkeit der Milchstraße um das galaktische Zentrum lässt sich nach dem Keplerschen Gesetz die Masse aller Sterne in der Milchstraße bestimmen. Und aus dieser Masse wiederum kann man die Anzahl der Sterne abschätzen. Dies ist mit verschiedenen Annahmen verbunden, was zu der hohen Unsicherheit von Faktor 3 für die Anzahl der Sterne führt.

Wie viele Planeten sind in der Milchstraße?

Nach den bisherigen Beobachtungen von Exoplaneten haben die meisten der Sternensysteme in der Milchstraße mindestens einen Planeten. Oft ist die Anzahl der Planeten deutlich höher als 1: Unser Sonnensystem hat acht Planeten. Und bei den bisher entdeckten Exoplaneten sind in einem Sternensystem meistens über 3 Planeten vorhanden.

Sternensysteme mit nur 1 oder 2 Planeten sind eher selten. Sehr wahrscheinlich ist die Anzahl der Planeten also deutlich größer als die Anzahl der Sterne. Deshalb gehen Astronomen aktuell von der folgenden Schätzung aus:

Die Milchstraße enthält etwa 300 bis 600 Milliarden Planeten.

Nimmt man eine höhere durchschnittliche Anzahl von Planeten im Sternensystem an, können es auch über 1 Billion Planeten sein. Doch ob man nun die untere oder obere Grenze annimmt: Die Anzahl der Planeten in der Milchstraße ist unvorstellbar groß. Was bedeutet dies für die mögliche Existenz von Leben außerhalb des Sonnensystems? Auf diese Frage gehen wir genauer in dem Übersichtsartikel zu Exoplaneten ein:

Exoplaneten

Die Entstehung der Milchstraße

Wie alt ist unsere Heimatgalaxis, die Milchstraße? Wann und wie ist sie entstanden?

Wann ist die Milchstraße entstanden?

Die Milchstraße ist vor ca. 13,6 Millarden Jahren entstanden. Diese Schätzung ergibt sich aus mehreren, relativ gut übereinstimmenden Messungen:

2004: Ein Team von Astronomen kann das Alter von zwei Sternen im Kugelsternhaufen NGC 6397 auf 13,4 Milliarden Jahre bestimmen. Hierfür haben sie Messungen des ESO Very Large Telescope (VLT) in Chile ausgewertet. Ebenfalls konnten sie den Beryllium Anteil dieser Sterne messen. Daraus ergibt sich, dass die Milchstraße mindestens 200 Millionen Jahre vor diesen Sternen entstanden ist und damit ca. 13,6 Milliarden Jahre alt ist.
2007 und 2014: Durch Messung des Eisenanteils (Metallizität) wird das Alter von drei verschiedenen Sternen in der Milchstraße bestimmt. Danach ist HE 1523−0901 ca. 13,2 Milliarden Jahre, HD 140283 ca. 13,7 Milliarden Jahre und SM0313 ca. 13,6 Milliarden Jahre alt.
2022: Auch eine Auswertung der Spektren von über 240.000 Sternen aus dem Datensatz des ESA Weltraumteleskops GAIA kommt zu einem ähnlichen Ergebnis: Das Alter der Sterne im Zentrum, nahe der dicken Scheibe, wird auf 13 Milliarden Jahre geschätzt. Die Sterne im Halo der Milchstraße bildeten sich später und sind ca. 11 Milliarden Jahre alt.