Neue Bestimmung der Masse der Milchstraße

Wie groß ist die Masse der Milchstraße?

Um die Massen von Galaxien zu messen, verwenden wir eine Einheit, die der Masse unserer Sonne (M☉) entspricht. Galaxien wiegen zwischen einigen Millionen Sonnenmassen und einigen Billionen Sonnenmassen.
Bisher wurde das Gewicht der Milchstraße auf etwa 10 geschätzt¹²M☉. Ein Teil dieser Masse besteht aus gewöhnlicher Materie (Sterne, Gas und Staub) und wird auf etwa 0,6 x 10 geschätzt¹¹M☉. Der Rest der mindestens sechsmal größeren Masse der Milchstraße besteht aus dunkler Materie, einer hypothetischen Materie, die sowohl unsichtbar als auch gravitationsempfindlich ist.

Vera Rubin (1928-2016) zeigte in den 1970er Jahren, dass die Rotationsgeschwindigkeit von Sternen am Rande von Spiralgalaxien konstant blieb, was nicht den Vorhersagen der Newtonschen Gesetze entsprach. Die Rotationskurven dürften einem sogenannten „keplerschen“ Zerfall gefolgt sein.
Die direkte Folge dieser Entdeckung war die Annahme der Existenz dunkler Materie, nach der seitdem unermüdlich gesucht wird.

Laut einer am 27. September 2023 in der europäischen Fachzeitschrift „Astronomy and Astrophysics“ veröffentlichten Studie wäre die Masse der Milchstraße vier- bis fünfmal geringer als die neuesten Schätzungen.
Die genaue Masse, die sich aus den Daten im Gaia DR3-Katalog ergibt, würde 2,06 x 10 betragen¹¹Sonnenmassen gegen 10¹²vorher. Diese Studie wurde von Astronomen des Pariser Observatoriums und des CNRS (Frankreich), Leroy, N., Martin, N. F., Wegg, C., et al. durchgeführt. (2023).
Die Studie aus dem Jahr 2023 berücksichtigt die Bewegungen von 1,8 Milliarden Sternen, die der Gaia-Satellit mit beispielloser Präzision liefert. Die Rotationskurve der Milchstraße zeigt mit einer Wahrscheinlichkeit von 99,7 % deutlich einen Kepler-Zerfall und nicht wie bisher eine konstante Rotationsgeschwindigkeit.

Wo ist die dunkle Materie in unserer Galaxie geblieben?

Nun tauchen in der Kosmologie viele Fragen auf!

Warum weisen andere große Spiralgalaxien keine Rotationskurve mit Kepler-Zerfall auf?
Warum sollte unsere Galaxie etwas Besonderes sein?

Wissenschaftler haben zwei Gründe angeführt:
- Die Milchstraße ist eine Spiralgalaxie, die nur wenige Störungen im Zusammenhang mit Kollisionen zwischen Galaxien erlebt hat. Der letzte ereignete sich vor etwa 9 Milliarden Jahren, als die Zwerggalaxie SagDEG von der Milchstraße absorbiert wurde. Der Durchschnitt für Spiralgalaxien liegt bei 6 Milliarden Jahren.
Die Milchstraße befindet sich in der Lokalen Gruppe, einer Galaxiengruppe, die etwa 50 Galaxien umfasst. Die Lokale Gruppe ist eine relativ ruhige Region des Universums und Kollisionen zwischen Galaxien sind dort relativ selten.

- Die Rotationskurve einer Galaxie ist eine grafische Darstellung der Rotationsgeschwindigkeit von Sternen oder Gas als Funktion ihrer Entfernung vom Zentrum der Galaxie. Es gibt einen großen methodischen Unterschied zwischen der neuen Rotationskurve unserer Galaxie, die aus der Bewegung der Sterne gewonnen wird (Daten des Gaia-Satelliten), und den Messungen aus neutralem Gas (Wasserstoff und Helium) für die anderen Galaxien.

Zusammenfassend ist es notwendig, die Rotationskurven großer Spiralgalaxien und die Mengen gewöhnlicher Materie im Vergleich zu dunkler Materie neu zu bewerten.