Wir leben in der Milchstraßengalaxie, und das ist ein Problem.

Für Wissenschaftler, die verstehen wollen, wie groß unsere Galaxie ist. Das ist schwer zu beantworten! Weil wir uns in ihr befinden, ist zum Beispiel ein großer Teil von ihr durch undurchsichtige Staubwolken verdeckt. Außerdem kann es schwierig sein, das Ausmaß und die Form eines Objekts zu bestimmen, in dem man sich befindet. Wenn man sich in einem Raum in einem Haus befindet, wie kann man dann feststellen, wie groß das Haus ist?

Glücklicherweise liefert die Natur Hinweise. Wir sehen ein unscharfes Lichtband am Himmel und nennen es die Milchstraße – in Wirklichkeit ist es das gebündelte Licht von Milliarden von fernen Sternen. Es ist eine dicke Linie, und das sagt uns, dass ein großer Teil der Galaxie flach ist: Wir befinden uns in einer dicken Scheibe aus Sternen, die wir als einen Lichtstrom über den Himmel projiziert sehen.

Wir können auch eine Ausbuchtung aus Sternen in der Mitte sehen, die real ist. Spiralarme in der Scheibe sind schwieriger zu erkennen, aber Radiobeobachtungen zeigen sie deutlich und ermöglichen es uns, die Form und Struktur der Galaxie klar auf die andere Seite zu übertragen. Durch die Beobachtung von Sternen, die ihre Helligkeit auf vorhersehbare Weise ändern, können wir die Form und Ausdehnung der Scheibe messen und feststellen, dass sie verzogen ist (wie die Krempe eines Filzhutes) und einen Durchmesser von 120.000 Lichtjahren hat – 120 Billiarden Kilometer!

Wir wissen auch, dass Galaxien wie unsere von einem riesigen Halo aus Sternen und dunkler Materie umgeben sind. Letztere besteht aus was-weiß-ich-was, wahrscheinlich einer exotischen Form subatomarer Teilchen, die über die Schwerkraft einen Einfluss auf die Galaxie ausübt. Von der Masse her übertrifft sie bei weitem das, was wir als „normale“ Materie bezeichnen (obwohl, wenn man darüber nachdenkt, wenn es da draußen mehr dunkle Materie gibt, dann sollte es das sein, was wir als normal bezeichnen), wahrscheinlich um den Faktor fünf oder mehr.

Aber wie groß ist dieser Halo? Er ist bei weitem die größte Struktur in unserer Galaxie und definiert wohl, wie groß die Milchstraße wirklich ist, aber er ist äußerst schwach oder für unsere Augen unsichtbar, so dass es schwierig ist, seine Größe zu bestimmen.

Ein Team von Astronomen hat sich kürzlich mit dieser Frage beschäftigt. Mit Hilfe von Computermodellen, die zeigen, wie sich Galaxien bilden und entwickeln, untersuchten sie, ob der Halo einer Galaxie wie der Milchstraße eine natürliche Grenze hat, an der man ein Schild anbringen und sagen kann: „Hier endet die Galaxie.“ Es ist nicht so einfach – Halos neigen dazu, allmählich zu verblassen, anstatt zu einem harten Ende zu kommen – aber unter Verwendung dieser Modelle und Beobachtungen kleinerer Galaxien um uns herum, fanden sie heraus, dass sich der Halo der Milchstraße bis zu 950.000 Lichtjahre vom Zentrum erstreckt, was bedeutet, dass unsere Galaxie doppelt so groß ist: 1,9 Millionen Lichtjahre.

Ein Hinweis zur Vorsicht: Die Unsicherheit beträgt etwa ±200.000 Lichtjahre. Das ist nicht präzise. Aber wie ich oben schon sagte, wird nicht wirklich eine Kante gemessen.

Auch die Art und Weise, wie dies gemacht wurde, ist interessant. In der Frühzeit des Universums bildeten sich die Galaxien aus Gaswolken und dunkler Materie. Meistens war dieses Material weit verstreut, aber es gab lokale Stellen, die eine höhere Dichte aufwiesen, so dass das Material (buchstäblich) dorthin gezogen wurde. Sobald sich ein Kern von Material gebildet hatte, fiel Material von weiter außen hinein, und dann Material, das noch weiter weg war, und so weiter. Es ist ein Prozess, der von innen nach außen verläuft.

Der Halo würde sich aus Material bilden, das ziemlich weit draußen liegt. Es würde in Richtung der entstehenden Galaxie fallen, und ein großer Teil davon würde wieder nach außen schwingen. Dadurch entstehen zwei Ränder des Halos. Der eine wird als „Splashback“-Rand bezeichnet, an dem Materie aus dem Halo hinein- und dann wieder hinausfallen würde; wo sie langsam zum Stillstand kommt, definiert diese Region. Die Materie staut sich dort an, weil sie sich langsam bewegt, und so kommt es außerhalb dieses Bereichs zu einem starken Abfall der Dichte.

Eine andere Kante liegt näher am Zentrum und wird „2. kaustisch“ genannt. Hier ist das Material ein paar Mal um die Galaxie herumgefallen und hat sich ein wenig beruhigt (was Astronomen „virialisiertes“ Material nennen). Die Wissenschaftler in dieser neuen Arbeit haben diese zweite verwendet, um die Größe der Milchstraße zu bestimmen, weil sich die äußere mit den Halos anderer Galaxien überschneidet (wie Andromeda, die 2,5 Millionen Lichtjahre entfernt ist) und weil sie herausgefunden haben, dass diese Entfernung sowohl bei der Modellierung der dunklen Materie als auch der Sterne funktioniert.

Sie untersuchten auch das Verhalten von Zwerggalaxien in unserer Lokalen Gruppe von Galaxien und fanden heraus, dass diejenigen, die näher an der Milchstraße sind als diese zweite Kaustik, dazu neigen, sich mit einer anderen Geschwindigkeit durch den Raum zu bewegen als diejenigen, die weiter entfernt sind. Dies könnte ein Zufall sein, aber auch eine physikalische Beziehung zwischen ihnen und der Milchstraße, die auf der Gravitation beruht. Wenn dem so ist, ist das ein weiterer Beweis dafür, dass dies eine gute Wahl für die Grenze ist.

So, da haben wir’s. Wir leben auf einem Planeten, der einen Stern umkreist, der etwa 40 % des Weges vom Zentrum zum Rand der Scheibe in einer Spiralgalaxie mit einem viel größeren Halo zurücklegt, der sich über fast zwei Millionen Lichtjahre erstreckt. Nicht die größte Galaxie, die wir kennen, aber auch nicht zu verachten.