Neue Daten des Gaia-Weltraumteleskops der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) zeigen eine riesige Welle von Schwankungen, die sich vom Zentrum der Milchstraße nach außen ausbreitet. Diese Entdeckung zeigt, dass es zusätzlich zur bekannten Rotation und Scheibenverzerrung der Milchstraße großflächige Wellen in der Milchstraße gibt, die den Wellen eines Kieselsteins im Wasser ähneln.
Im letzten Jahrhundert haben Wissenschaftler festgestellt, dass die Sterne der Milchstraße um ihr Zentrum rotieren. Die Gaia-Mission hat zuvor die Geschwindigkeit und Bewegung dieser Sterne gemessen. Seit den 1950er Jahren wurde nachgewiesen, dass die Scheibe der Milchstraße verzerrt ist. Im Jahr 2020 entdeckte Gaia außerdem, dass die Scheibe im Laufe der Zeit wie ein Kreisel schwankt. Nun zeigt eine neue Datenwelle deutlich, dass eine Welle die Bewegungen von Sternen in der Milchstraße im Umkreis von Zehntausenden Lichtjahren von der Sonne antreibt. Wie von einem Kieselstein verursachte Wellen überspannt diese galaktische Welle einen großen Bereich der äußeren Scheibe der Milchstraße.
Diese Schwankung wird in einer Visualisierung dargestellt: Auf einer Karte der Gaia-Milchstraße werden die Positionen Tausender Sterne, rot und blau markiert, überlagert. In der „Draufsicht“ krümmt sich eine Seite der Scheibe der Milchstraße nach oben und die andere Seite nach unten (eine Verzerrung der Scheibe), und die neu entdeckten Schwankungen werden durch rote Bereiche (Sterne über der Scheibe) und blaue Bereiche (Sterne unter der Scheibe) hervorgehoben. Das Gaia-Weltraumteleskop kann die dreidimensionale Position und Geschwindigkeit von Sternen mit beispielloser Genauigkeit ermitteln und eine solche „Draufsicht“- und „Seitenansicht“-Panoramakarte für Wissenschaftler zeichnen. Die Daten zeigen, dass diese Fluktuation Sterne betrifft, die etwa 30.000 bis 65.000 Lichtjahre vom Zentrum der Milchstraße entfernt sind – während die Milchstraße einen Durchmesser von etwa 100.000 Lichtjahren hat.
Diese Fluktuation wurde erstmals von einem wissenschaftlichen Forschungsteam unter der Leitung der Astronomin Eloisa Poggio vom italienischen Nationalen Institut für Astrophysik (INAF) entdeckt. Eloisa sagte, dass Gaia nicht nur die dreidimensionale räumliche Verteilung von Fluktuationen offenlegt, sondern auch die dynamischen Veränderungen von Sternen in der Fluktuationszone erfasst. „Das Auffälligste ist, dass diese Wellenstruktur nicht nur im Weltraum deutlich sichtbar ist, sondern die Analyse der Sternbewegung auch vollständig Welleneigenschaften zeigt.“
Das wissenschaftliche Forschungsteam analysierte auch die vertikale Bewegung von Sternen in der Seitenansicht der Milchstraße und stellte fest, dass die Schwankungen der vertikalen Geschwindigkeit leicht seitlich verschoben sind, was charakteristisch für die Schwankungen ist. Eloisa verglich dieses Phänomen mit dem Auftritt einer „menschlichen Welle“ in einem Stadion: Die Zeitskala der Milchstraße ist extrem lang, wie eine eingefrorene Szene einer menschlichen Welle. Einige Bereiche des Sterns ähneln einer stehenden Menschenmenge (die roten Bereiche auf der Karte), während Bereiche mit der stärksten Aufwärtsbewegung einer Menschenmenge ähneln, die gerade aufsteht, um die Welle willkommen zu heißen.
Um diese Bewegung aufzudecken, nutzten die Forscher Gaias Beobachtungen junger Riesensterne und Cepheiden. Diese Sterne ändern periodisch ihre Helligkeit und können von Weltraumteleskopen über große Entfernungen verfolgt werden. Da sich junge Sterne und Cepheiden mit den Fluktuationen bewegen, glauben Wissenschaftler, dass auch Gas in der galaktischen Scheibe an dieser großräumigen Fluktuation beteiligt sein könnte. Junge Sterne behalten möglicherweise noch eine „Erinnerung“ an Fluktuationen, die sie von ihrem Geburtsgas geerbt haben.
Über den Ursprung dieser galaktischen Fluktuation sind sich die Wissenschaftler noch nicht sicher. Frühere Kollisionen mit Zwerggalaxien könnten eine Erklärung sein, aber es bedarf weiterer Forschung. Bemerkenswert ist, dass in der Nähe der Milchstraße, die etwa 500 Lichtjahre von der Sonne entfernt ist und sich auf 9.000 Lichtjahre erstreckt, eine kleinere Wellenstruktur namens „Radcliffe Wave“ entdeckt wurde. Allerdings unterscheidet es sich vom Standort der diesmal entdeckten „großen Welle“ und der Zusammenhang muss noch verifiziert werden.
Gaias vierte Datenveröffentlichungsrunde wird präzisere Sternpositions- und Bewegungsinformationen, insbesondere veränderliche Sterne wie Cepheiden-Variablen, liefern, Wissenschaftlern eine vollständigere Karte der Milchstraße liefern und unsere weitere Erforschung und unser Verständnis der Eigenschaften unserer galaktischen Heimat fördern.