Gaia - Mission: Himmelskarte mit Milliarden Sternen

Der französische Astronom Frédéric Arenou gehört zu den Hunderten von Wissenschaftlern, die sich mit den Daten des Gaia-Weltraumteleskops beschäftigen. Die Mission veröffentlichte gerade den umfangreichsten Sternenkatalog der Menschheitsgeschichte. Man hofft, damit einige große Lücken unseres Wissens über die Milchstraße zu schließen:

"Das ist unsere Galaxie, die Milchstraße. Hunderttausend Lichtjahre lang, und wir sind etwa 26.000 Lichtjahre vom Zentrum entfernt. Wir wissen noch sehr wenig über sie. Das hier ist ein künstlerisches Abbild. Wir wissen nicht, aus wie vielen Spiralarmen unsere Galaxie besteht, oder wo sich die Sterne bilden. Gaia wird es uns sagen."

Wissenschaftler erhoffen sich viel von den Gaia-Daten. Das ESA-Weltraumteleskop lieferte die bisher genaueste Karte unserer Galaxie inklusive hochpräziser Messungen von fast 1,7 Milliarden Sternen sowie bisher nicht sichtbaren Details unserer Milchstraße.

Das beste Bild, das wir je von der Milchstraße hatten 

Das sind über 10.000 mal mehr Messungen als bei der früheren ESA-Mission Hipparcos. Gaia bringt Erkenntnisse, die die Grundlagen der Astronomie neu definieren. Frédéric Arenou:

"Plötzlich haben wir eine riesige Auswahl an Objekten, von denen wir die Entfernung und damit ihre eigentliche Leuchtkraft kennen. Und aus ihrer Leuchtkraft können wir ihre physikalischen Eigenschaften ableiten, die wir zuvor mit anderen Methoden zu extrapolieren (annähernd bestimmt haben) versuchten. Einfach so, bumm, haben wir eine Antwort!"

Einen solchen Sternenkatalog zu erstellen, ist seit Langem ein Ziel der Astronomen.​ 1887 wurde hier am Pariser Observatorium diese - für damalige Zeiten - komplexe Sternenkarte erstellt die "Carte du Ciel". Heute verfügen Astronomen über ein Milliarden-Pixel-Teleskop, das den Weltraum erforscht.

Chantal Panem , Gaia-Projectmanager, CNES: "Gaia ist 1,5 Millionen Kilometer von der Erde entfernt und auf der Achse Sonne-Erde-Gaia ausgerichtet. Die Sonde dreht sich alle sechs Stunden um sich selbst, dank der Bewegungen kann die gesamte Galaxie beobachtet werden - und so haben wir in ein paar Jahren eine komplette Karte des Himmels. Es gibt drei Instrumente. Ein Astrometer, mit dem man Positionen messen kann. Ein Fotometer, mit dem Farben gemessen werden, und dann ein Spektrometer, mit dem wir die Radialgeschwindigkeit messen können - die Radialgeschwindigkeit ist die Geschwindigkeit, mit der sich die Sterne von uns weg oder auf uns zubewegen".

Das ist das Ergebnis. Der Blick auf unsere Galaxie aus dem All. Das beste Bild, das wir je von der Milchstraße hatten.

Der finnische Astronom Timo Prusti leitet das Gaia-Wissenschaftsteam der ESA, er erklärt: "Das sind echte Gaia-Daten. Wir messen die Anzahl der Sterne, die wir an verschiedenen Stellen des Himmels beobachten. Was sehen wir? Wir sehen eine abgeflachte Struktur, das ist unsere Milchstraße. Das ist die Milchstraßenscheibe. Es gibt ein paar dunkle Flecken darauf. Was bedeutet das? Das bedeutet, dass wir dort weniger Sterne sehen. Es gibt mehr Sterne, aber vor ihnen liegt Staub und deshalb sehen wir diese Sterne nicht."

Alles ist in Bewegung

Auch diese Animation wurde mithilfe von Gaia-Daten erstellt. Sie zeigt - in beschleunigter Form - wie sich die Sterne durch Raum und Zeit in unserer Region der Galaxie bewegen. Dank dieser Animation können Astronomen in die Dunkelheit blicken. Die Auswertung bringt auch unerwartete Ergebnisse:

"Wir gehen davon aus, dass unsere Milchstraße eine Scheibe mit einer spiralförmigen Struktur ist, alles dreht sich. Aber bereits mit den bisher veröffentlichten Gaia-Daten beobachten wir, dass sich die Sterne, die etwas weiter von unserer Sonne entfernt sind, nicht so regelmäßig verhalten, wie wir erwartet hatten. Sie werden gestört, etwas hat unsere Milchstraße gestört. Wir wissen noch nicht was. Aber viele Studien werden sich auf diesen speziellen Aspekt konzentrieren", so Prusti.

Die Möglichkeit, die Geschichte und Zukunft unserer Galaxie von innen - aus der Milchstraße selbst - zu studieren, verspricht eine Menge Entdeckungen für alle Bereiche der Astronomie. Francois Mignard, einer der Gründerväter der Gaia-Mission, hofft, dass die neuen Daten von fast 1,7 Milliarden Sternen dabei helfen werden, eine der großen Fragen zu lösen - aus wie vielen Spiralarmen besteht unsere Galaxie?

"Die Daten zu Bewegungen und Entfernungen geben uns die Handhabe, die Spiralarme zu untersuchen. Und zwar nicht nur der Frage nachzugehen, ob es diese Arme überhaupt gibt, sondern auch, ob die Sterne in diesen Armen unterschiedlich sind. Wurden sie zur gleichen Zeit geboren? Haben die Spiralarme eine bestimmte Entstehungsgeschichte. Ist vielleicht einer der Arme das Ergebnis einer Fusion mit einer externen Galaxie? Das sind Fragen, auf die man Antworten sucht und die Gaia-Daten sind grundlegend für diese Art von Studien", so Mignard.

Meilenstein in der Erforschung der Milchstraße

Die Astronomie hat einen langen Weg zurückgelegt, seit diese Sternwarte vor 351 Jahren gegründet wurde. Weltraumteleskope ermöglichen präzise Messungen von Objekten, die Millionen Lichtjahre entfernt sind. Und wir sehen, dass sich alles bewegt:

​"Nichts ist fest. Alles bewegt sich. Wir drehen uns mit der Erde mit 30 Kilometern pro Sekunde um die Sonne. Das sind 100.000 Kilometer pro Stunde. Und dann das Sonnensystem selbst, es bewegt sich in der Galaxie mit 230 Kilometern pro Sekunde. Das ist gewaltig. Und unsere Galaxie selbst ist in einer 'lokalen Gruppe',sie bewegt sich in dieser lokalen Gruppe mit 60 Kilometern pro Sekunde. Und die lokale Gruppe selbst, sie bewegt sich mit 600 Kilometern pro Sekunde, das sind 2 Millionen Kilometer pro Stunde. Das ist gigantisch. Alles ist in Bewegung", sagt Frédéric Arenou.

Die Veröffentlichung erster Gaia-Daten markiert einen Meilenstein in der Erforschung der Milchstraße. Aber das ist erst der Anfang: Die Raumsonde sendet 11 Stunden am Tag ihre Messungen. Es wird also weitere Datenfreigaben in den nächsten Jahren geben.