Neue Einblicke in alte Sterne in unserer Galaxie

Jüngste Studien haben eine kleine Gruppe von sehr alten Sternen in unserer Galaxie entdeckt, die arm an Elementen sind, die schwerer sind als Wasserstoff und Helium. Diese Sterne haben ungewöhnliche Bewegungen, aber woher sie kommen, ist noch unklar. Um mehr über sie herauszufinden, haben Forscher 138 ähnliche Galaxien in einer Computersimulation namens TNG50 untersucht. Sie haben sich auf bestimmte Schlüsselfunktionen dieser Galaxien konzentriert, wie ihre Formen, Sternzahlen und Umgebungen. Das hilft uns vorherzusagen, was wir in unserer eigenen Galaxie finden könnten, besonders im Hinblick auf eine bevorstehende Untersuchung, die sich intensiv mit der Scheibe und dem Bult der Milchstrasse beschäftigen wird.

#Erkenntnisse über Metall-arme Sterne

In allen untersuchten Galaxien finden sich etwa 20% der sehr metallarmen Sterne in der Scheibe. In einigen Fällen ist diese Zahl sogar noch höher und erreicht rund 30%. Ausserdem ist ein erheblicher Teil – etwa 50% dieser Sterne – älter als 12,5 Milliarden Jahre, und etwa 70% von ihnen stammen aus kleineren Galaxien, die mit unserer eigenen verschmolzen. Die meisten der sehr metallarmen Sterne gehören zum Halo unserer Galaxie, mit einem typischen Alter von etwa 12 Milliarden Jahren.

Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Milchstrasse wahrscheinlich mehr dieser alten Sterne enthält, als wir ursprünglich dachten. Während viele aus anderen Galaxien stammen, könnte ein Teil auch in unserer Galaxie selbst entstanden sein, was darauf hindeutet, dass es möglicherweise eine alte Scheibe von Sternen gibt, die wir vorher nicht erkannt haben.

#Die Suche nach Population III-Sternen

Eine grosse Frage in der Astrophysik heute ist, ob es Sterne aus dem ganz frühen Universum gibt, die als Population III-Sterne bekannt sind. Bisher wurden keine solchen Sterne gefunden, obwohl wir ihre jüngeren Geschwister sehen können. Forscher haben vorgeschlagen, dass die Milchstrasse eine Scheibe haben könnte, die aus den frühesten Sternen besteht, die aus reinem Gas geboren wurden. Die zentrale Frage ist, ob wir diese sehr metallarmen Sterne in der Scheibe unserer Galaxie finden können, zusätzlich zu ihrer bekannten Präsenz im Halo und Bult.

Laut den Theorien entstehen Sterne mit sehr niedrigem Metallgehalt typischerweise in grösseren Galaxien zu früheren Zeiten oder in kleineren Galaxien später. Dieses Muster hängt damit zusammen, wie Galaxien sich im Laufe der Zeit entwickeln. Aktuelle Simulationen zeigen, dass die meisten metallarmen Sterne Umlaufbahnen haben, die sich in einer sphärischen Form ausbreiten und hauptsächlich im Halo und Bult leben. Das liegt daran, dass sie entweder ausserhalb unserer Galaxie entstanden sind und im Laufe der Zeit hinzugefügt wurden oder sie entstanden, als die Galaxie gerade anfing zu entstehen und dabei in dem, was wir jetzt als primordial Scheibe bezeichnen können, entstanden.

#Wie Galaxien in Simulationen konstruiert werden

Um unsere Galaxie zu verstehen, verwenden Forscher fortschrittliche Computersimulationen. Eine solche Simulation, TNG50, erfasst die Bildung und Evolution von Galaxien im Detail. Innerhalb dieser Simulation werden verschiedene Komponenten einer Galaxie, wie die Scheibe, Halo und Bult, identifiziert, indem die Bewegungen und Verteilungen von Sternen untersucht werden.

Die kalte Scheibe ist der Teil der Galaxie, der jüngere Sterne enthält, während die warme Scheibe etwas ältere Sterne hat. Der Bult ist der zentrale Bereich, der mit älteren Sternen gefüllt ist, und das Halo ist der äussere Bereich. Die Simulationen helfen den Forschern, eine visuelle Darstellung davon zu erstellen, wo die sehr metallarmen Sterne lokalisiert sind.

#Beobachtung metallarmer Sterne

Forscher haben Beobachtungsdaten genutzt, um über einhundert Sterne mit sehr niedrigem Metallgehalt in allen Teilen der Galaxie zu finden. Überraschenderweise befinden sich viele dieser Sterne nah an der Scheibe, und es gibt Hinweise darauf, dass sie sich in einer Art und Weise bewegen, die mit der Rotation der Galaxie übereinstimmt. Es gibt jedoch immer noch Diskussionen darüber, warum das so ist. Einige Studien legen nahe, dass eine grosse Kollision in der frühen Geschichte der Galaxie dieses Bewegungsmuster verursacht haben könnte.

Mithilfe der TNG50-Simulation versuchen die Forscher zu bestimmen, wie viele Metallarme Sterne in verschiedenen Teilen der Milchstrasse zu erwarten sind. Sie vergleichen ihre Ergebnisse mit denen aus Simulationen, die sich auf weniger Galaxien konzentrieren, um das Verständnis darüber, wo diese alten Sterne existieren könnten, zu erweitern.

#Die Zusammensetzung und das Alter der Sterne

In den meisten untersuchten Galaxien enthält die kalte Scheibe den grössten Anteil an Sternen, hauptsächlich jüngeren. Die warme Scheibe hat weniger, während der Bult normalerweise ältere Sterne beherbergt. Das Halo präsentiert die ältesten Sterne, hat aber immer noch eine beträchtliche Anzahl jüngerer Sterne gemischt.

Ein wichtiger Punkt in der Forschung ist, dass eine grosse Anzahl dieser sehr metallarmen Sterne in der kalten Scheibe der simulierten Galaxien gefunden werden kann, was neue Erwartungen für das, was in tatsächlichen Beobachtungen entdeckt werden könnte, aufwirft. Diese Entdeckung stimmt mit früheren Suchen nach metallarmen Sternen überein, was darauf hinweist, dass sie möglicherweise in der Scheibe häufiger vorkommen, als ursprünglich gedacht.

#Temporale und chemische Eigenschaften von Sternen

Um zu untersuchen, wie Sterne in verschiedenen Teilen der Milchstrasse im Laufe der Zeit entstanden sind, haben Forscher ihr Alter und ihre chemischen Zusammensetzungen betrachtet. Die Bult- und Halo-Sterne scheinen die ältesten zu sein, während die Scheiben jüngere Sterne enthalten. Die kalte Scheibe hat trotz ihres jungen Durchschnittsalters auch einen bemerkenswerten Anteil an Sternen, die über 10 Milliarden Jahre alt sind.

Das deutet darauf hin, dass alle Komponenten der Galaxie eine lange und komplexe Geschichte der Sternentstehung haben. Die Anwesenheit älterer Sterne in einem normalerweise als jüngeren Bereich angesehenen Gebiet offenbart eine unerwartete Tiefe in der Geschichte der Galaxie.

#Metallizität und ihre Bedeutung

Die Metallizität eines Sterns bezieht sich auf den Anteil von Elementen, die schwerer sind als Wasserstoff und Helium, die er enthält. Zu verstehen, wie diese Elemente mit Alter und Standort in der Galaxie variieren, hilft den Forschern, die Geschichte der Sternentstehung in der Milchstrasse zusammenzupuzzeln. Die Ergebnisse zeigen, dass Sterne mit weniger Metallgehalt tendenziell älter sind.

Wenn der Metallgehalt steigt, ändert sich die chemische Zusammensetzung erheblich in verschiedenen Komponenten der Galaxie. Dieses Muster spiegelt ein breiteres Verständnis davon wider, wie Sterne unterschiedlicher Herkunft über Milliarden von Jahren entstanden und sich entwickelt haben.

#Die Ursprünge metallarmer Sterne

Die Daten der Simulation ermöglichen es den Forschern auch, Sterne basierend darauf zu klassifizieren, wo sie entstanden sind. Ob innerhalb der Milchstrasse oder aus kleineren Galaxien hereingebracht, zeigen diese Sterne klare Trends in Bezug auf ihre Ursprünge. Im Allgemeinen werden ältere und metallärmere Populationen häufiger in anderen Galaxien gefunden.

Interessanterweise gibt es selbst unter den metallärmsten Sternen einige, die wahrscheinlich in der Milchstrasse selbst entstanden sind. Das deutet auf die mögliche Existenz einer alten Population von Sternen innerhalb unserer Galaxie hin, von der wir vorher nichts wussten.

#Fazit

Forschung mit hochauflösenden Simulationen wie TNG50 gewährt einen tieferen Blick in die Geschichte unserer Galaxie. Die Ergebnisse des Teams zeigen, dass sehr metallarme Sterne nicht nur im Halo, sondern auch in der kalten Scheibe der Milchstrasse vorhanden sind. Diese unerwartete Präsenz alter Sterne in der Scheibe deutet auf eine komplexere Geschichte von Entstehungs- und Verschmelzungsereignissen hin.

Diese Entdeckungen fordern zukünftige Beobachtungsstudien auf, sich nicht nur auf das Halo, sondern auch auf die Scheibe der Milchstrasse zu konzentrieren. Die laufende Forschung könnte viel über das frühe Universum und darüber, wie Galaxien, einschliesslich unserer eigenen, über Milliarden von Jahren gewachsen und sich entwickelt haben, enthüllen.