Die Milchstraße trifft Andromeda

Wie unsere Galaxie und ihre riesige Nachbarin über Milliarden Jahre zu einer verschmelzen könnten

Schritt für Schritt

Zwei riesige Nachbarinnen

Andromeda ist das Fernste, was die meisten Menschen mit bloßem Auge sehen können: In einer dunklen Nacht ist sie ein schwacher Fleck im Sternbild Andromeda. Das Licht, das wir sehen, hat sie vor etwa 2,5 Millionen Jahren verlassen. Sie ist sechsmal so breit wie der Vollmond, doch das Auge sieht nur ihr helles Zentrum.

Beide sind Spiralgalaxien: flache Scheiben aus Sternen und Gas, die um einen hellen Kern kreisen, umhüllt von einem viel größeren Halo aus Dunkler Materie. Mit dieser Dunklen Materie wiegt jede etwa eine Billion Sonnen. Die Sonne ist hier markiert, rund 26.000 Lichtjahre vom Zentrum unserer Galaxie entfernt.

Von der Erde aus gemessen

Andromedas Licht ist zum Blauen verschoben: Sie kommt mit 301 km/s auf uns zu. Das meiste davon ist die eigene Bewegung der Sonne um unsere Galaxie; auf das Zentrum unserer Galaxie zu nähert sich Andromeda mit etwa 115 km/s.

Die Geschwindigkeit entlang unserer Sichtlinie lässt sich leicht an der Verschiebung des Lichts einer Galaxie messen. Die Geschwindigkeit quer über den Himmel nicht: In Andromedas Entfernung verschieben selbst 100 km/s seitwärts sie um weniger als ein Millionstel Grad pro Jahrhundert. Hubble und dann das Weltraumteleskop Gaia haben diese Drift gemessen, indem sie ihre Sterne jahrelang vor viel ferneren Galaxien verfolgten.

Diese Seitwärtsgeschwindigkeit entscheidet alles. Wäre sie null, fielen die beiden Galaxien geradewegs ineinander. Sie ist klein, aber nicht null, und noch nicht genau bekannt, deshalb kann niemand sicher sagen, wie nah sie aneinander vorbeiziehen. So sehen wir Andromeda, ihre Scheibe steil zu uns geneigt.

Kopf oder Zahl

Hier sind Dutzende Zukünfte, die die Messungen zulassen, jede Andromedas Weg über die nächsten 10 Milliarden Jahre. In etwa der Hälfte verschmelzen die beiden Galaxien; in den übrigen ziehen sie in Abstand vorbei und treffen sich nie wieder.

2025 verfolgten Astronomen die nächsten 10 Milliarden Jahre der Lokalen Gruppe in Tausenden Simulationen, jede mit anderen Werten innerhalb der Messfehler: Massen, Entfernungen und Bewegungen der Galaxien. Die Milchstraße und Andromeda verschmolzen in dieser Zeit nur in etwa der Hälfte davon, meist in rund 7,6 Milliarden Jahren.

Auch die beiden größten Begleiter zählen. Die Dreiecksgalaxie, die in Andromeda fällt, macht eine Verschmelzung wahrscheinlicher; die Große Magellansche Wolke, deren Bahn ihre im rechten Winkel kreuzt, macht sie unwahrscheinlicher. Die Geschichte folgt einer Zukunft, in der sie verschmelzen. Bessere Messungen, vor allem von Andromedas Seitwärtsbewegung, werden es entscheiden.

Eine kleine Galaxie fällt hinein

Die Große Magellansche Wolke ist 160.000 Lichtjahre entfernt und von der Südhalbkugel aus leicht mit bloßem Auge zu sehen. Mit ihrer Dunklen Materie hat sie mehr als ein Zehntel der Masse der Milchstraße. Auf ihrem Weg durch den Halo unserer Galaxie sammelt sie hinter sich eine Schleppe aus Dunkler Materie, die sie zurückzieht: die dynamische Reibung, dieselbe Bremse, die Andromeda heranholen wird.

Gezeitenkräfte zerreißen sie beim Fallen, und ihre Sterne verteilen sich schließlich in der Milchstraße, wie schon die vieler kleinerer Galaxien, die vor ihr verschluckt wurden. Wie sie zerrissen wird, ist hier gezeichnet: Nur Simulationen, die die Anziehung jedes Sterns auf jeden anderen verfolgen, können das im Detail zeigen.

Andromedas Begleiterin

Die Dreiecksgalaxie ist die drittgrößte der Lokalen Gruppe, eine Spirale von gut halber Milchstraßenbreite, 2,8 Millionen Lichtjahre von uns entfernt. Wie Andromeda ist sie unter sehr dunklem Himmel gerade noch mit bloßem Auge zu sehen. Sie fällt offenbar zum ersten Mal auf Andromeda zu.

Ihre Anziehung zählt für unsere eigene Zukunft. Beim Fallen in Andromeda zieht sie diese seitwärts, und in den Simulationen der Studie machte das eine Verschmelzung mit der Milchstraße wahrscheinlicher. Auch hier ist gezeichnet, wie ihre Sterne zerrissen und in Andromeda verteilt werden.

Die Annäherung

Zeit im Zeitraffer: Über Milliarden Jahre fallen die beiden Galaxien aufeinander zu, immer schneller, von ihrer gegenseitigen Schwerkraft gezogen. Andromeda wächst an unserem Nachthimmel.

Das meiste, was sie zueinander zieht, ist Dunkle Materie: Der Halo jeder Galaxie wiegt ein Mehrfaches ihrer Sterne und reicht Hunderttausende Lichtjahre weit. Sobald sich die Halos überlappen, bremsen sie einander, und das verlangsamt die Galaxien genug, um zu verschmelzen.

Von der Erde aus würde Andromeda immer größer und heller, bis sie einen großen Teil des Himmels füllte, ihre Scheibe so geneigt, wie wir sie heute sehen. Bis dahin hat sich die Sonne allerdings verändert: In etwa fünf Milliarden Jahren beginnt sie, sich zu einem Roten Riesen aufzublähen.

Der erste Vorbeiflug

Jede Galaxie zieht stärker an der nahen Seite der anderen als an der fernen und dehnt sie so. Wie stark eine Scheibe zerrissen wird, hängt von ihrer Drehung ab: Andromedas dreht sich in derselben Richtung wie ihre Bahn, darum werden ihre äußeren Sterne mitgezogen und hinausgeschleudert, während die der Milchstraße, die sich dagegen dreht, besser zusammenhält.

Die Galaxien durchqueren gegenseitig ihre Halos aus Dunkler Materie, die sie bremsen und ihnen Geschwindigkeit rauben. Ihre Sterne stoßen fast nie zusammen: Sie sind so weit voneinander entfernt, dass selbst dann, wenn sich zwei ganze Galaxien überlappen, ein Zusammenstoß zweier Sterne äußerst selten ist.

Auseinander und wieder zurück

Ohne die Bremse ihrer Dunklen Materie könnten sie wieder weit auseinanderschwingen. Mit ihr nimmt jeder Vorbeiflug ihrer Bahn mehr Energie, sodass der nächste früher und näher kommt. In den Simulationen der Studie kamen die meisten Verschmelzungen beim zweiten Vorbeiflug.

Inzwischen beruhigen sich die aufgewühlten Scheiben etwas, doch die beim ersten Vorbeiflug hinausgeschleuderten Sterne treiben weiter nach außen und bilden schwache Ströme und Schalen um beide Galaxien, wie sie Astronomen um viele Galaxien sehen, die einer anderen begegnet sind.

Die Verschmelzung

Während die Galaxien verschmelzen, ändert sich die Anziehung auf jeden Stern rasch und wirft ihre geordneten Kreisbahnen in Schleifen in alle Richtungen. Gaswolken prallen aufeinander und können einen Schub neuer Sterne auslösen, und Gas, das ins Zentrum fällt, kann die Schwarzen Löcher speisen, die mit der Zeit ebenfalls zusammensinken und verschmelzen.

Das Schwarze Loch der Milchstraße, Sagittarius A*, wiegt etwa vier Millionen Sonnen, das von Andromeda etwa hundert Millionen. Wie das Ende der Verschmelzung verläuft, ist hier nach dem gezeichnet, was vollständige Simulationen zeigen, denn die gezeigten Sterne ziehen einander nicht an.

Eine Galaxie

Einige hundert Millionen Jahre später sind beide zu einer runden Galaxie aus alten Sternen ohne Spiralarme geworden: einer elliptischen Galaxie, manchmal Milkomeda genannt.

Elliptische Galaxien sind unter den größten Galaxien, die wir sehen, häufig, und viele sind vermutlich in Verschmelzungen wie dieser entstanden. Mit wenig Gas entstehen kaum neue Sterne, und über Milliarden Jahre wird das Licht der Galaxie röter, während ihre hellen blauen Sterne sterben.

Die Große Magellansche Wolke und die Dreiecksgalaxie sind ein Teil davon, und viele der kleineren Galaxien der Lokalen Gruppe könnten folgen. Galaxien außerhalb der Gruppe werden sich bis dahin weiter entfernt haben, fortgetragen von der Ausdehnung des Universums.

Wo die Sonne landet

Die Sonne überlebt die Verschmelzung, wie fast jeder Stern. In dieser Zukunft landet sie weiter vom Zentrum der neuen Galaxie entfernt, als sie heute vom Zentrum unserer ist.

Simulationen der Verschmelzung sind sich einig, dass die Sonne wahrscheinlich weiter nach außen getragen wird, wohin genau, lässt sich aber nicht vorhersagen. Nachbarsterne kämen nicht nahe genug, um die Planeten zu stören: Selbst während die Galaxien verschmelzen, bleiben Sterne Billionen Kilometer voneinander entfernt.

Bis dahin wird die Sonne nicht mehr der Stern sein, der sie heute ist. In etwa 7,6 Milliarden Jahren erreicht sie als Roter Riese ihre größte Ausdehnung, stößt dann ihre äußeren Schichten ab und wird ein Weißer Zwerg, eine schwach glimmende Glut von der Größe der Erde, die weiter in der neuen Galaxie kreist.