Unsere Galaxie könnte ihre Geschichte in einer weit stärker fragmentierten Form begonnen haben als in ihrer heutigen Scheibe.
Ein von Harley Katz geleitetes Forschungsteam nutzte die Daten des Projekts MEGATRON, einer kosmologischen Simulation, um eine Region zu verfolgen, aus der eine der Milchstraße vergleichbare Galaxie entstehen sollte. Die Berechnung beginnt etwa 180 Millionen Jahre nach dem Urknall und verfolgt eine Entwicklung von fast zwei Milliarden Jahren.
Künstlerische Darstellung der Milchstraße mit ihrer Scheibe und ihrem zentralen Balken.
Quelle: NASA/JPL-Caltech/R. Hurt — gemeinfrei.
Im Modell entwickeln sich Gravitation, Gas, Strahlung und chemische Prozesse gemäß den zugrunde gelegten physikalischen Gesetzen. Anschließend prüfen die Forschenden, ob das Ergebnis den tatsächlich beobachteten Galaxien ähnelt.
Am Anfang versammelt die simulierte Region Tausende kleiner galaktischer Systeme. Einige bilden schnell Sterne, andere nur sehr wenige, und manche bestehen hauptsächlich aus Gas.
Im Laufe der Zeit nähern sich diese kleinen Systeme einander an und verschmelzen. Allmählich entsteht eine deutlich massereichere Galaxie. Etwa 12 Milliarden Jahre vor heute kann das Modell bereits eine rotierende Scheibe hervorbringen, obwohl Kollisionen zwischen Galaxien noch häufig sind.
MEGATRON sagt außerdem erstaunliche Objekte voraus: Galaxien ohne sichtbare Sterne, die dennoch Licht aussenden können. Ihr Gas kann nach dem Verschwinden früherer Sterne Strahlung abgeben oder sogar, bevor sich überhaupt eine dauerhafte Sternpopulation gebildet hat.
Das Modell berechnet direkt, wie diese jungen Galaxien für Teleskope wie Hubble oder James Webb aussehen würden. Die Hauptstudie umfasst mehr als 175.000 simulierte Spektren. Ein Spektrum verteilt Licht nach seiner Wellenlänge und liefert Informationen über Gas und Sterne.
Diese Ergebnisse stammen weiterhin aus einem Modell und sind kein Beweis dafür, dass unsere Galaxie genau diese Geschichte durchlaufen hat. Einige Annahmen über Sterne und ihre Elementproduktion schränken die Berechnungen noch ein. Der Vergleich mit Beobachtungen könnte gerade dazu beitragen, fehlende Bestandteile zu erkennen.
Das Projekt MEGATRON soll bis 2030 fortgesetzt werden. Eine neue Generation von Simulationen soll 40 Millionen Rechenstunden auf britischen Supercomputern nutzen. Dies wird dazu dienen, die Genauigkeit zu erhöhen und diese Szenarien stärker mit den Daten von James Webb und den alten Sternen in unserer Nachbarschaft abzugleichen.