Die Milchstraße in 6D

Exakt tausend Tage nach dem Start der ESA-Mission Gaia zur Vermessung der Milchstraße wurde am 14. September der erste Sternkatalog veröffentlicht. Er enthält die Positionen und Helligkeiten von 1,143 Milliarden Sternen mit bislang unerreichter Genauigkeit sowie Bewegungen und Entfernungen (Parallaxen) von zwei Millionen ausgewählten Sternen. Ziel ist gewisser­maßen ein hoch­präzises Bild unserer Galaxis in sechs Dimensionen, das sich aus den räumlichen Positionen und Geschwindigkeiten von über einem halben Prozent der Sterne der Milchstraße ergibt.

Projektwissenschaftler stellten den Gaia „Data Release 1“ (DR1) genannten Katalog parallel im spanischen Villafranca und in Heidelberg der Öffentlichkeit vor und schalteten die Daten um 12:30 Uhr frei. In Villafranca befindet sich das Europäische Weltraumastronomiezentrum ESAC. Hier werden die mit drei baugleichen 35-Meter-Antennen in Australien, Spanien und Argentinien empfangenen Daten gesammelt, aufbereitet und an Rechenzentren in ganz Europa verteilt.

In Deutschland sorgt unter anderem eine Arbeitsgruppe des Astronomischen Rechen-Instituts (ARI) der Universität Heidelberg unter Leitung des Astro­nomen Michael Biermann für den „ersten Blick“ (First Look) auf die Gaia-Daten. Dabei gilt es, den Zustand der Nutzlast und die Qualität der wissenschaftlichen Daten kurz nach dem täglichen Empfang der Daten zu überprüfen. Für eventuell erforderliche Manöver ist das Europäische Satellitenkontrollzentrum (ESOC) der ESA in Darmstadt zuständig.

Gaia hat den Messbetrieb im Juli 2014 aufgenommen. Mit den vollständigen Datensätzen hat sie bereits jetzt zwanzig Mal mehr Sterne als die Vorgänger­mission Hipparcos vermessen und ist zudem dreimal genauer. Die veröffentlichten Gaia-Messungen haben noch nicht die endgültige Präzision, stellen aber bereits einen Rekord dar: die Parallaxen sind auf 0,3 Milli­bogen­sekunden, die Eigenbewegungen auf 1,3 Milli­bogen­sekunden pro Jahr genau gemessen. Eine Milli­bogen­sekunde entspricht etwa dem Sehwinkel, unter dem ein Mensch auf dem Mond von der Erde aus erscheinen würde.

„Trotzdem ist es nur ein Appetithäppchen der endgültigen Gaia-Daten“, betont Projektwissenschaftler Ulrich Bastian, der zu den Initiatoren von Gaia gehört. Mit den ersten veröffentlichten Daten beginne nun die „endgültige“ Vermessung der Milchstraße, so Bastian. In den kommenden Jahren sollen die Abdeckungslücken geschlossen und die Genauigkeiten weiter gesteigert werden.

Wissenschaftlich interessant sind zunächst die vollständigen Datensätze für rund zwei Millionen ausgewählte Sterne, für die neben der Position auch die Parallaxen und damit die Entfernungen sowie die Eigenbewegungen bestimmt wurden. Damit lässt sich beispielsweise entscheiden, ob ein Stern zu einem Haufen gehört oder zu einem Strom aus Sternen einer Zwerg­galaxie, die von den Gezeitenkräften der Milchstraße zerrissen wurde.

Der Positionskatalog für über eine Milliarde Sterne der Milchstraße ist zwar bereits eine beeindruckende Leistung, vermittelt aber noch kein drei­dimen­sionales Bild der galaktischen Stern­verteilung und deren Eigen­schaften wie etwa die Spektralklasse. Die Astronomen erhoffen sich zentrale Erkenntnisse über Dynamik und Struktur unserer Milchstraße. So ist immer noch nicht entschieden, wie viele große Spiralarme sie besitzt. „Die endgültigen Daten von Gaia werden Antwort auf diese Frage liefern“, ist Michael Biermann überzeugt.

Das nächste, wesentlich umfangreichere Daten-Release ist für Ende 2017 geplant, das planmäßige Ende der Messkampagne ist für Juli 2019 vorgesehen. Die Veröffentlichung der endgültigen Ergebnisse ist 2022/23 zu erwarten. Derzeit begutachtet die ESA bereits einen Antrag auf Verlängerung der Mission.

Alexander Pawlak