Seit der Geburt der modernen Astronomie haben Wissenschaftler versucht, das gesamte Ausmaß der Milchstraße zu bestimmen und mehr über ihre Struktur, Bildung und Entwicklung zu erfahren. Nach aktuellen Theorien wird allgemein angenommen, dass sich die Milchstraße kurz nach dem Urknall (vor ungefähr 13,51 Milliarden Jahren) gebildet hat. Dies war das Ergebnis des Zusammentreffens der ersten Sterne und Sternhaufen sowie der Anreicherung von Gas direkt aus dem galaktischen Lichthof.
Seitdem sollen mehrere Galaxien mit der Milchstraße verschmolzen sein, was die Bildung neuer Sterne auslöste. Laut einer neuen Studie eines Teams japanischer Forscher hat unsere Galaxie eine turbulentere Geschichte als bisher angenommen. Ihren Erkenntnissen zufolge erlebte die Milchstraße eine ruhende Ära zwischen zwei Perioden der Sternentstehung, die Milliarden von Jahren dauerte und effektiv starb, bevor sie wieder zum Leben erweckt wurde.
Ihre Studie mit dem Titel „Die Bildung von Sternen in der Sonnenumgebung in zwei Generationen, die durch 5 Milliarden Jahre voneinander getrennt sind“ erschien kürzlich in der Fachzeitschrift Natur. Die Studie wurde von Masafumi Noguchi durchgeführt, einem Astronomen des Astronomischen Instituts der Tohoku-Universität in Japan. Mit einer neuen Idee, die als „Cold Flow Accretion“ bekannt ist, berechnete Noguchi die Entwicklung der Milchstraße über einen Zeitraum von 10 Milliarden Jahren.
Diese Idee der Kaltgasakkretion wurde zuerst von Avishai Dekel - dem Andre Aisenstadt-Lehrstuhl für Theoretische Physik an der Hebräischen Universität in Jerusalem - und seinen Kollegen vorgeschlagen, um zu erklären, wie Galaxien während ihrer Entstehung Gas aus dem umgebenden Raum anreichern. Das Konzept der zweistufigen Bildung wurde in der Vergangenheit auch von Yuval Birnboim, einem Dozenten an der Hebräischen Universität, und Kollegen vorgeschlagen, um die Bildung massereicherer Galaxien in unserem Universum zu erklären.
Nachdem Noguchi jedoch ein Modell der Milchstraße unter Verwendung der Zusammensetzungsdaten ihrer Sterne erstellt hatte, gelangte er zu dem Schluss, dass unsere eigene Galaxie auch zwei Stadien der Sternentstehung durchlief. Seiner Studie zufolge kann die Geschichte der Milchstraße anhand der Elementzusammensetzungen ihrer Sterne erkannt werden, die sich aus der Zusammensetzung des Gases ergeben, aus dem sie gebildet werden.
Bei der Betrachtung der Sterne in der Solar-Nachbarschaft haben viele astronomische Untersuchungen festgestellt, dass es zwei Gruppen gibt, die unterschiedliche chemische Zusammensetzungen haben. Einer ist reich an Elementen wie Sauerstoff, Magnesium und Silizium (Alpha-Elemente), während der andere reich an Eisen ist. Der Grund für diese Zweiteilung war ein langjähriges Rätsel, aber Noguchis Modell liefert eine mögliche Antwort.
Nach diesem Modell begann die Milchstraße, als kalte Gasströme in die Galaxie eindrangen und zur Bildung der ersten Generation von Sternen führten. Dieses Gas enthielt Alpha-Elemente als Ergebnis kurzlebiger Typ-II-Supernovae, bei denen ein Stern am Ende seines Lebenszyklus einen Kernkollaps erleidet und dann explodiert, wobei diese Elemente in das intergalaktische Medium freigesetzt werden. Dies führte dazu, dass die erste Generation von Sternen reich an Alpha-Elementen war.
Dann, vor ungefähr 7 Milliarden Jahren, erschienen Stoßwellen, die das Gas auf hohe Temperaturen erhitzten. Dies führte dazu, dass das kalte Gas nicht mehr in unsere Galaxie floss und die Sternentstehung aufhörte. In unserer Galaxie dauerte eine Ruhezeit von zwei Milliarden Jahren an. Während dieser Zeit injizierten langlebige Supernovae vom Typ Ia - die in binären Systemen vorkommen, in denen ein Weißer Zwerg allmählich Material von seinem Begleiter absaugt - Eisen in das intergalaktische Gas und veränderten seine Elementzusammensetzung.
Im Laufe der Zeit begann sich das intergalaktische Gas durch Emission von Strahlung abzukühlen und floss vor 5 Milliarden Jahren in die Galaxie zurück. Dies führte zu einer zweiten Generation der Sternentstehung, zu der auch unsere eisenreiche Sonne gehörte. Obwohl die zweistufige Formation in der Vergangenheit für viel massereichere Galaxien vorgeschlagen hat, konnte Noguchi bestätigen, dass das gleiche Bild für unsere eigene Milchstraße gilt.
Darüber hinaus haben andere Studien gezeigt, dass dies auch für den nächsten Nachbarn der Milchstraße, die Andromeda-Galaxie, der Fall sein könnte. Kurz gesagt, Noguchis Modell sagt voraus, dass massive Spiralgalaxien eine Lücke in der Sternentstehung aufweisen, während kleinere Galaxien kontinuierlich Sterne bilden.
In Zukunft werden Beobachtungen mit bestehenden Teleskopen und Teleskopen der nächsten Generation wahrscheinlich zusätzliche Beweise für dieses Phänomen liefern und uns viel mehr über die Galaxienbildung erzählen. Daraus können Astronomen auch immer genauere Modelle für die Entwicklung unseres Universums im Laufe der Zeit erstellen.
