Blick auf die Milchstraße: Diese Darstellung zeigt die Position der Sonne und das Sternentstehungsgebiet G007.47+00.05 auf der entgegengerichteten Seite der Galaxis, weit jenseits des Zentrums im Scutum-Centaurus-Spiralarm.
Das Prinzip der Entfernungsbestimmung ist im Grunde recht einfach, erfordert aber hochpräzise Winkelmessungen, wie sie nur das VLBA liefert.
Bonn – Die Regionen auf der anderen Seite der Milchstraße gelten als "Terra Incognita", als Bereiche, die sich den Beobachtungen weitgehend entziehen, unter anderem weil dichte Gas- und Staubwolken den Blick auf diese Bereiche versperren. Nun aber haben Forscher vom Max-Planck-Institut für Radioastronomie in Bonn und vom amerikanischen Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics in diesen fernen Zonen unserer Galaxie ein Sternentstehungsgebiet genauer unter die Lupe genommen.
Kosmische Entfernungsbestimmungen gelten als entscheidend für das Verständnis des strukturellen Aufbaus der Milchstraße. Das meiste Material in unserer Galaxis, die im Wesentlichen aus Sternen, Gas und Staub besteht, befindet sich in einer flachen Scheibe, in die auch unser Sonnensystem eingebettet ist. Da wir unsere Milchstraße nicht von außerhalb betrachten können, lässt sich ihre Struktur einschließlich des Verlaufs ihrer Spiralarme nur durch die Bestimmung des Abstands zu einzelnen Objekten an unterschiedlichen Positionen der Galaxis vermessen.
Astronomische Entfernungsmessung
Die Astronomen nutzen dafür die Messtechnik der trigonometrischen Parallaxe. Friedrich Wilhelm Bessel hatte sie im Jahr 1838 erstmalig verwendet, um die Entfernung zu dem Stern 61 Cygni im Sternbild Schwan zu bestimmen. Diese Technik vermisst die scheinbare Verschiebung der Position eines astronomischen Objektes am Himmel bei der Betrachtung von entgegengesetzten Positionen der Erdbahn während ihres Laufs um die Sonne. Die Messung des Winkels der scheinbaren Positionsverschiebung eines Himmelsobjekts ermöglicht den Forschern die Anwendung einfacher Trigonometrie, um daraus direkt die Entfernung zu diesem Objekt abzuleiten. Je kleiner der gemessene Winkel, desto größer die Entfernung.
Im Rahmen des Projekts "Bar and Spiral Structure Legacy" (BeSSeL) ist es nun möglich, Parallaxen in der Milchstraße mit dem Very Long Baseline Array (VLBA) 1000-fach genauer zu bestimmen, als es für Bessel möglich war. Das VLBA ist ein kontinentales Netzwerk aus zehn über Nordamerika, Hawaii und die Karibik verteilten einzelnen Radioteleskopen. Im vorliegenden Fall entspricht der gemessene Wert dem Winkeldurchmesser eines Fußballs auf der Oberfläche des Mondes.
Rekordmessung jenseits des Milchstraßenzentrums
"Mit dem VLBA können wir nun die gesamte Ausdehnung unserer Milchstraße genau bestimmen", sagt Alberto Sanna vom Bonner Max-Planck-Institut für Radioastronomie. Die neuen Beobachtungen aus den Jahren 2014 und 2015 ergeben eine Entfernung von mehr als 66.000 Lichtjahren für das Sternentstehungsgebiet G007.47+00.05 auf der entgegengesetzten Seite der Milchstraße – weit jenseits des galaktischen Zentrums, dessen Distanz etwa 27.000 Lichtjahre beträgt. Der bisherige Rekord für eine Parallaxenmessung in der Galaxis lag bei rund 36.000 Lichtjahren.
"Die meisten Sterne und das meiste Gas in unserer Milchstraße liegen innerhalb der mit der neuen Messung erzielten Reichweite. Mit dem VLBA haben wir jetzt das Potenzial, eine genügende Anzahl von Entfernungen abzuleiten, um damit Form und Verlauf der Spiralarme in unserer Galaxis zu bestimmen", so Sanna.
Hilfreicher Masereffekt
Sternentstehungsgebiete wie G007.47+00.05 umfassen Bereiche, in denen Wasser- und Methanolmoleküle als natürliche Verstärker von Radiosignalen wirken. Diese sogenannten Maser sind in Radiowellen das Äquivalent zu Lasern im Bereich des sichtbaren Lichts. Der Masereffekt führt zu starken und leicht messbaren Signalen für die Beobachtung mit Radioteleskopen.
In der Milchstraße gibt es Hunderte solcher Sternentstehungsgebiete mit darin enthaltenen Maserquellen. "Wir haben insgesamt eine Vielzahl von Meilensteinen für unser Vermessungsprojekt. Aber dieser hier ist etwas ganz Spezielles – ein Blick quer durch die Milchstraße entlang ihres Zentrums bis weit hinaus auf die andere Seite", sagt Karl Menten, Direktor am Max-Planck-Institut für Radioastronomie.
Das genaue Aussehen der Milchstraße
Das Ziel der Astronomen ist aufzuzeigen, wie unsere Milchstraße genau aussehen würde, wenn man von oben aus etwa einer Million Lichtjahre Abstand auf die gewaltige Spirale blicken könnte, statt sie aus der Scheibe heraus untersuchen zu müssen. Diese Aufgabe wird noch eine Reihe von weiteren Beobachtungen erfordern sowie eine Menge mühevoller Arbeit in der Datenanalyse.
Aber die Werkzeuge für dieses Projekt sind vorhanden. "Innerhalb der nächsten zehn Jahre sollten wir ein ziemlich komplettes Bild erhalten", meint Mark Reid vom Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics. (red, 18.10.2017)