Galaxien

Was sind Galaxien?

Galaxien sind riesige Ansammlungen von Sternen. Die Galaxie, in der wir uns befinden heißt "Milchstraße", weil die alten Griechen glaubten, dass Götter Milch über den Himmel verschütteten. Sie bezeichnet das helle Band der Sterne, das quer über den Nachthimmel verläuft, weil wir dort in Richtung Zentrum der Milchstraße blicken, wo die Sterne wesentlich dichter sind.

Warum die Sterne am Himmel nicht annähernd gleichmäßig verteilt sind, war lange Zeit ein Rätsel. Erst zu Beginn des 20. Jahrhunderts konnte die uns benachbarte Andromeda-Galaxie in einzelne Sterne aufgelöst werden. Mit den besten damals zur Verfügung stehenden Entfernungsabschätzungen wurde erkannt, dass Sterne auch viel weiter als die in unserer Milchstrasse entfernt sein können. Damit wurde eine frühere Vermutung bestätigt, dass es außerhalb unserer Heimatgalaxie, der Milchstrasse, unzählige weitere Sternenansammlungen oder Galaxien gibt.

Durch den Fortschritt der astronomischen Beobachtungstechnik wurden im 20. Jahrhundert eine Unzahl von Galaxien verschiedenster Größe und Form entdeckt und grob in elliptische, spiralförmige und unregelmässige Galaxien klassifiziert. Unsere Heimatgalaxie, die Milchstraße ist eine Spiralgalaxie bestehend aus 100 bis 300 Milliarden Sternen. Galaxien gibt es in verschiedensten Größenordnungen, von einigen Millionen bis zu vielen Billionen Sternen.

Das Leben der Galaxien

Die ersten Galaxien bildeten sich schon nach einer halben bis zu einer Milliarde Jahre nach der Entstehung des Universums im Urknall. Diese ältesten Galaxien haben bis heute meist allen freien Wasserstoff aufgebraucht und bestehen hauptsächlich aus alten Sternen. Durch die Gravitation ziehen sich Galaxien aber auch gegenseitig an und es kommt zur Bildung von Galaxienhaufen bestehend aus bis zu tausenden Galaxien. Dabei passiert es gar nicht selten, dass zwei Galaxien sich nahe kommen und dabei verschmelzen oder sich stark verzerren. So wird angenommen, dass Spiralgalaxien durch den “Kannibalismus” großer Galaxien entstehen, die sich kleinere Galaxien einverleiben. Im Zentrum kann dabei ein Schwarzes Loch entstehen. Auch unsere Milchstrasse hat mit ziemlicher Sicherheit ein großes Schwarzes Loch mit etwa drei Millionen Sonnenmassen im Zentrum. Bei der Bildung von Schwarzen Löchern im Zentrum von Galaxien können riesige Gasmassen fast mit Lichtgeschwindigkeit ausgestoßen werden (“jets”).

Was ist Dunkle Materie?

Sterne können sich mit großer Geschwindigkeit um das Zentrum von Galaxien bewegen. Zum Beispiel umrundet auch unsere Sonne im Abstand von etwas 25000 Lichtjahren das Zentrum unserer Milchstraße mit einer Geschwindigkeit von 220 km pro Sekunde. Bei vielen Galaxien ist die Umlaufgeschwindigkeit der weiter vom Zentrum entfernten Sterne jedoch so groß, das sie normalerweise durch die Fliehkraft aus der Galaxie geschleudert werden sollten. Um zu erklären, warum diese Sterne trotz der hohen Geschwindigkeiten auf ihrer Umlaufbahn bleiben, muss man annehmen, dass es noch eine zusätzliche große Masse innerhalb der Galaxie gibt. Diese bewirkt dann durch die zusätzliche Gravitation, dass auch die äußeren Sterne der Galaxien nicht die Galaxien verlassen können. Ein ähnlicher Effekt wird bei der Relativgeschwindigkeit einzelner Galaxien in Galaxienhaufen beobachtet. Da Licht im Gravitationsfeld abgelenkt wird, wirken Galaxienhaufen als “Gravitationslinsen”. Das Licht anderer Galaxien, die weit hinter dem Haufen liegen, wird fokussiert und am Rand des Haufens sichtbar. Um die beobachteten Linseneffekte erklären zu können, scheint allerdings wesentlich mehr Masse notwendig zu sein, als die Galaxien des Haufens selbst aufbringen.

Die für die beschriebenen Beobachtungen notwendige zusätzliche Materie wird Dunkle Materie genannt. Sie muss fünf Mal so häufig sein wie die normale Materie. Wir wissen aber nicht woraus diese Dunkle Materie wirklich besteht. Es könnten zum Beispiel bisher noch nicht entdeckte Elementarteilchen sein. Die Erklärung der Dunklen Materie ist eine der dringendsten Fragen der heutigen Kosmologie.

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