Die Milchstraße ist die Galaxie, in der sich die Erde befindet. Ein Teil davon ist in einer klaren Nacht von der Erde aus sichtbar, als ein dickes Sternenband, das sich über den Himmel erstreckt. Wir können Tausende dieser Sterne mit bloßem Auge und viele mehr in einem Teleskop sehen. Aber wie viele Sterne sind in der Milchstraße?
„Es ist eine überraschend schwierige Frage zu beantworten. Sie können nicht einfach in einer Galaxie herumsitzen und Sterne zählen“, sagte David Kornreich, Assistenzprofessor am Ithaca College in New York., Er war der Gründer des Dienstes“ Ask An Astroner “ an der Cornell University.
Selbst in der Andromeda-Galaxie-die mit 2,3 Millionen Lichtjahren Entfernung hell, groß und relativ nah an der Erde ist — sind nur die größten Sterne und einige variable Sterne (insbesondere Cepheid-Variablen) hell genug, um in Teleskopen aus dieser Entfernung zu leuchten. Ein sonnengroßer Stern wäre zu schwer für uns zu sehen. So schätzen Astronomen mit einigen der folgenden Techniken.,
Die Struktur der Milchstraße
Aus Beobachtungen wissen Astronomen, dass die Milchstraße eine verschlossene Spiralgalaxie ist, die etwa 100.000 Lichtjahre lang ist. Ein Blick außerhalb der Galaxie würde eine zentrale Ausbuchtung zeigen, die von vier Armen umgeben ist, zwei Major und zwei Minor. Die Hauptarme der Milchstraße sind als Perseus und Schütze bekannt. Die Sonne befindet sich in einem von zwei kleinen Sporen, die Orion-Arm genannt wird.
Die Galaxie hat auch einen riesigen Heißgashalo, der mehrere Hunderttausend Lichtjahre im Durchmesser hat., Astronomen schätzen, dass der Halo genauso massiv ist wie alle Sterne in der Milchstraße. Viele der Sterne der Milchstraße sind jedoch schwer zu sehen. Das liegt daran, dass das Zentrum der Galaxie eine galaktische Ausbuchtung hat, die mit Sternen, Gas und Staub gefüllt ist — sowie ein supermassives Schwarzes Loch. Dieser Bereich ist so dick mit Material, dass selbst leistungsstarke Teleskope nicht durchschauen können. Astronomen sind sich nicht sicher, wann und wie sich die Ausbuchtung gebildet hat; Einige deuten darauf hin, dass die frühe Geschichte der Milchstraße verändert wurde, als die Galaxie mit einer anderen kollidierte.,
Astronomen dachten früher, dass sich alle Sterne im Universum innerhalb der Milchstraße befanden, aber das änderte sich in den 1920er Jahren. Astronom Edwin Hubble verwendete einen Stern namens Cepheid Variable, um Entfernungen am Himmel zu messen. Von dort erfuhren Astronomen, dass es ganze Galaxien im Universum gab, die von der Milchstraße getrennt waren.
Massive investigation
Die primäre Art und Weise, wie Astronomen Sterne in einer Galaxie schätzen, besteht darin, die Masse der Galaxie zu bestimmen., Die Masse wird geschätzt, indem untersucht wird, wie sich die Galaxie dreht, sowie ihr Spektrum mittels Spektroskopie.
Alle Galaxien bewegen sich voneinander weg und ihr Licht wird zum roten Ende des Spektrums verschoben, da dies die Wellenlängen des Lichts ausdehnt. Dies wird als „Rotverschiebung.“In einer rotierenden Galaxie wird es jedoch einen Teil geben, der „blueshifted“ ist, weil sich dieser Teil leicht in Richtung Erde bewegt. Astronomen müssen auch wissen, wie die Neigung oder Orientierung der Galaxie ist, bevor sie eine Schätzung vornehmen, was manchmal einfach eine „gebildete Vermutung“ ist, sagte Kornreich.,
Eine Technik namens „Langschlitzspektroskopie“ eignet sich am besten für diese Art von Arbeit. Hier wird ein längliches Objekt wie eine Galaxie durch einen länglichen Schlitz betrachtet und das Licht mit einer Vorrichtung wie einem Prisma gebrochen. Dies bricht die Farben der Sterne in die Farben des Regenbogens aus.
Einige dieser Farben fehlen und zeigen dieselben „Muster“ fehlender Teile wie bestimmte Elemente des Periodensystems an. Auf diese Weise können Astronomen herausfinden, welche Elemente in den Sternen sind. Jede Art von Stern hat einen einzigartigen chemischen Fingerabdruck, der in Teleskopen auftauchen würde., (Dies ist die Grundlage der OBAFGKM-Sequenz, mit der Astronomen zwischen Sterntypen unterscheiden.)
Jede Art von Teleskop kann diese Art von Spektroskopie arbeiten. Kornreich verwendet oft das 200-Zoll-Teleskop am Palomar Observatory am California Institute of Technology, aber er fügte hinzu, dass fast jedes Teleskop von ausreichender Größe angemessen wäre.
Ideal wäre die Verwendung eines Teleskops im Orbit, da die Streuung in der Erdatmosphäre durch Lichtverschmutzung und auch durch Naturereignisse erfolgt — sogar etwas so Einfaches wie ein Sonnenuntergang., Das Hubble-Weltraumteleskop sei ein Observatorium, das für diese Art von Arbeit bekannt sei, fügte Kornreich hinzu. Ein Nachfolgeobservatorium namens James Webb Space Telescope wird voraussichtlich im Jahr 2020 starten. Die Herausforderung besteht jedoch darin, dass Hubble ein Teleskop ist, das sehr gefragt ist-und dasselbe wird von Webb nach seinem Start erwartet. Die Observatorien können also nicht ihre ganze Zeit damit verbringen, die Galaxienmasse zu schätzen.
Wie groß ist die Masse der Sterne?
Zwischen verschiedenen Galaxien gleicher Masse kann es Abweichungen hinsichtlich der Sterntypen und der Gesamtmasse geben., Kornreich warnte, dass dies im Allgemeinen sehr schwer zu sprechen sein würde, sagte aber, dass ein Unterschied darin bestehen könnte, elliptische Galaxien im Vergleich zu Spiralgalaxien wie unserer eigenen, der Milchstraße, zu betrachten. Elliptische Galaxien haben tendenziell mehr rote Zwergsterne vom K-und M-Typ als Spiralgalaxien. Weil elliptische Galaxien älter sind, werden sie weniger Gas haben, weil das während ihrer Evolution weggeblasen wurde.
Sobald die Masse einer Galaxie bestimmt ist, ist die andere knifflige Sache herauszufinden, wie viel von dieser Masse aus Sternen besteht., Der größte Teil der Masse wird aus dunkler Materie bestehen, einer Art Materie, die kein Licht emittiert, von der jedoch angenommen wird, dass sie den größten Teil der Masse des Universums ausmacht.
„Sie müssen die Galaxie modellieren und sehen, ob Sie verstehen können, wie hoch der Prozentsatz dieser Sternmasse ist“, sagte Kornreich. „Wenn Sie in einer typischen Galaxie ihre Masse messen, indem Sie die Rotationskurve betrachten, sind etwa 90 Prozent davon dunkle Materie.,“
Mit einem Großteil der verbleibenden“ Sachen “ in der Galaxie, die aus diffusem Gas und Staub bestehen, schätzte Kornreich, dass etwa 3 Prozent der Masse der Galaxie aus Sternen bestehen werden, aber das könnte variieren. Ferner kann die Größe der Sterne selbst stark von etwas, das die Größe unserer Sonne ist, zu etwas Dutzende Male kleiner oder größer variieren.Die Anzahl der Sterne ist ungefähr …
Also gibt es eine Möglichkeit herauszufinden, wie viele Sterne sicher sind? Am Ende kommt es auf eine Schätzung., In einer Berechnung hat die Milchstraße eine Masse von etwa 100 Milliarden Sonnenmassen, so dass es am einfachsten ist, diese in 100 Milliarden Sterne zu übersetzen. Dies macht die Sterne aus, die größer oder kleiner als unsere Sonne wären, und durchschnittlich aus. Die Masse ist jedoch schwer zu berechnen — andere Schätzungen haben ergeben, dass die Galaxie eine Masse zwischen 400 Milliarden und 700 Milliarden Sonnenmassen hat.
Die Gaia-Mission der Europäischen Weltraumorganisation kartiert die Standorte von rund 1 Milliarde Sternen in der Milchstraße., Die ESA sagt, dass Gaia 1 Prozent des Sterngehalts in der Milchstraße abbilden wird, was die Schätzung der Gesamtsterne in unserer Galaxie auf 100 Milliarden bringt. Gaias Ziel ist es, die beste dreidimensionale Karte der Milchstraße zu erstellen.
Die Einschränkung, sagte Kornreich, ist, dass diese Zahlen Näherungen sind. Fortgeschrittenere Modelle können die Annäherung genauer machen, aber es wäre sehr schwierig, die Sterne einzeln zu zählen und Ihnen mit Sicherheit mitzuteilen, wie viele sich in der Galaxie befinden.