Neue Untersuchungen von Astronomen zeigen, dass der äußere Rand der Region der Milchstraße, die für die Geburt neuer Sterne verantwortlich ist, möglicherweise näher am Zentrum der Milchstraße liegt als frühere Modelle vorhergesagt. Durch die genaue Bestimmung des Alters von mehr als 100.000 Riesensternen hat ein internationales Forscherteam zum ersten Mal die „Grenze“ der Sternentstehungsscheibe der Milchstraße klar definiert und dabei festgestellt, dass sich die Region, in der die jüngste Sternentstehungsaktivität stattfand, nicht so weit erstreckt, wie die Menschen erwartet hatten.
Bestehende Galaxienentwicklungsmodelle gehen im Allgemeinen davon aus, dass neue Sterne in einem „Relais“ von der Innenseite zur Außenseite der Galaxienscheibe geboren werden, sodass das Durchschnittsalter der Sterne mit zunehmender Entfernung vom galaktischen Zentrum allmählich kleiner werden sollte. Das Team sah in den Beobachtungsdaten jedoch zwei völlig unterschiedliche Alterstrends: Im inneren Scheibenbereich der Milchstraße werden Sterne jünger, je weiter sie sich nach außen bewegen; Doch wenn sie etwa 40.000 Lichtjahre vom Zentrum der Milchstraße entfernt sind, kehrt sich dieser Trend plötzlich um und die äußeren Sterne werden älter. Das Ergebnis ist eine „U“-förmige Alterskurve, wobei sich die jüngsten Sterne um einen bestimmten Radius konzentrieren. Diese Struktur gilt als deutliche Markierung für den äußeren Rand der Sternentstehungsscheibe der Milchstraße.
Karl Fiteni, der Erstautor der Arbeit und Astrophysiker an der Universität Insubria, sagte, dass es in der „galaktischen Archäologie“ schon immer eine offene Frage gewesen sei, wie weit sich die Sternentstehungsscheibe der Milchstraße erstreckt. Durch die Kartierung der Feinverteilung des Sternenalters als Funktion des Radius haben Forscher nun endlich eine quantitative und klare Antwort gegeben. Die Studie verwendete zwei wichtige Sternvermessungsdaten: LAMOST-DR3 und APOGEE-DR17, kombiniert mit der Entfernungsschätzung des neuronalen Netzwerks AstroNN und hochpräzisen astrometrischen Gaia-Daten. Die Probenauswahl beschränkte sich hauptsächlich auf Sterne nahe der Mittelebene der galaktischen Scheibe und mit stark kreisförmigen Umlaufbahnen, um die intrinsischen Eigenschaften der Scheibe selbst so gut wie möglich hervorzuheben.
Die Forscher kombinierten das Alter von Riesensternen mit numerischen Simulationsergebnissen, um einen „Fingerabdruck“ des Alters von Sternen in der Milchstraße als Funktion des Radius zu zeichnen, der deutlich zeigt, dass es bei etwa 35.000 bis 40.000 Lichtjahren eine signifikante strukturelle Grenze gibt. Diese Funktion ist in verschiedenen Umfragedaten sehr stabil und hat nichts mit dem verwendeten Datensatz zu tun. Der entsprechende Radius stimmt auch in hohem Maße mit dem sogenannten „Bruchradius“ überein, bei dem das Sterndichteprofil in der Galaxienscheibe offensichtlich „gebrochen“ ist, was als physische Kante der Sternentstehungsscheibe angesehen wird.
Co-Autor Joseph Caruana, ein Astrophysiker an der Universität Malta, wies darauf hin, dass die heute verfügbaren hochpräzisen Daten zum Sternalter zu einem leistungsstarken Werkzeug für die Interpretation der Geschichte der Milchstraße werden und uns in eine „neue Ära“ führen, in der wir das Sternalter zur Rekonstruktion der Entwicklungsgeschichte unserer eigenen Galaxie nutzen. Jenseits dieses Scheibenrandes hat sich die Sternentstehungsaktivität erheblich abgeschwächt und die Massendichte der Scheibe nimmt weiter ab, aber Beobachtungen zeigen immer noch die Anwesenheit einer großen Anzahl von Sternen, was eine entscheidende Frage aufwirft: Wenn in der äußeren Scheibe fast keine neuen Sterne mehr entstehen, wie erscheinen diese Sterne dort?
Die Antwort der Forschung lautet „radiale Migration“. Sterne können in der galaktischen Scheibe langsam nach außen „driften“. Dieser Vorgang lässt sich anschaulich mit dem „Surfen“ auf der Spiralwelle der galaktischen Scheibe vergleichen: Sterne sind wie Surfer, die die Wellen nutzen, um das Ufer zu erreichen, sich an den Spiralarmen festhalten, die durch die Galaxie ziehen, und sich so steuern, dass sie ihren Geburtsort nach und nach verlassen und sich weiter nach außen bewegen. Da diese Wanderung langsam und zufällig erfolgt, dauert es umso länger, bis die Sterne ihre Wanderung abgeschlossen haben, je weiter sie entfernt ist. Daher sind die Sterne mit dem höchsten Durchschnittsalter auf der äußersten Seite des Gebiets, entfernt vom Alterstiefpunkt, versammelt.
Beobachtungen und Simulationen zeigen, dass dieser „Bruchradius“ nicht durch statistische Verzerrungen wie angenommene Unterschiede im Sonnenstand oder unzureichende Stichprobengrößen in anderen Untersuchungen verursacht wird, sondern die tatsächliche physikalische Grenze der Scheibenstruktur der Milchstraße darstellt. Dieses Ergebnis unterstützt die Ansicht, dass die Milchstraße eine typische Scheibengalaxie vom Typ II (Abwärtskurve) ist, das heißt, außerhalb des Bruchradius ist die Anzahl der Sterne häufiger als im einfachen exponentiellen Scheibenmodell. Es wird angenommen, dass diese Struktur aus der Konkurrenz zwischen Sternentstehungskürzung und radialer Migration entsteht und einen „U“-förmigen evolutionären Fossilienbestand in der Altersverteilung der Sterne hinterlässt.
Relevante Forschung verfeinert nicht nur unser Verständnis der Entstehung und Entwicklung der Milchstraße, sondern liefert auch eine wichtige Referenzregel für das Verständnis anderer Scheibengalaxien. Die in der traditionellen Sichtweise relativ „ruhige“ äußere Scheibe der Milchstraße wurde nun als dynamische Region dargestellt, die sich unter der gemeinsamen Wirkung von radialer Migration, Orbitalresonanz und allmählich abnehmender Sternentstehung entwickelt. Seine komplexen Gravitationswechselwirkungen formen diesen Galaxienraum, der einst als „randvoll und langweilig“ galt, weiterhin um.