Galaxien

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Einleitung

Galaxien, aus einer riesigen Ansammlung von einigen hundert Millionen bis einigen Milliarden Sternen bestehende Systeme, ähnlich unserem Milchstraßensystem. Die zu einer Galaxie gehörenden Sterne beeinflussen sich gegenseitig durch ihre Schwerkraft und kreisen um ein gemeinsames Zentrum. Die Sonne mit ihren Planeten ist nur ein Stern in dieser Galaxie. Mit bloßem Auge können drei Galaxien gesehen werden: der Andromedanebel sowie die Kleine und die Große Magellan’sche Wolke. Außer Sternen und Planeten enthalten die Galaxien noch Sternhaufen, atomaren Wasserstoff, molekularen Wasserstoff, komplexe Moleküle, die u. a. aus Wasserstoff, Stickstoff, Kohlenstoff und Silicium bestehen, und kosmische Strahlen. Die Ansammlung mehrerer Galaxien (bis zu einigen Tausend) bezeichnen Astronomen als Galaxienhaufen (siehe hierzu auch Verteilung der Galaxien).

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Anfänge der Galaxienforschung

Dem persischen Astronomen al-Sufi wird die erste Beschreibung des schwachen Lichtfleckes im Sternbild Andromeda zugeschrieben, von dem wir heute wissen, dass es sich um eine Nachbargalaxie unserer eigenen Galaxie handelt. 1780 veröffentlichte der französische Astronom Charles Messier ein Liste von Objekten, die keine Sterne sind. 32 dieser Objekte sind tatsächlich Galaxien. Diese Galaxien werden heute mit ihren Messierzahlen (M) bezeichnet. Der Andromedanebel z. B. wird unter Astronomen als M 31 bezeichnet.

Im frühen 19. Jahrhundert wurden Tausende von Galaxien von William und Caroline Herschel und John Herschel entdeckt und katalogisiert. Seit 1900 sind sehr viele Galaxien mit Hilfe photographischer Verfahren entdeckt worden. Sehr weit entfernte Galaxien erscheinen auf Fotos so winzig, dass sie kaum von Sternen zu unterscheiden sind. Die größte bekannte Galaxie hat etwa 13-mal so viele Sterne wie die Milchstraße.

1912 entdeckte der am Lowell Observatory in Arizona arbeitende amerikanische Astronom Vesto M. Slipher, dass die Spektren aller Galaxien zum roten Bereich hin verschoben waren (siehe Rotverschiebung; Spektroskopie). Sein Landsmann Edwin Hubble interpretierte diese Rotverschiebung als Beweis dafür, dass sich alle Galaxien voneinander entfernen. Er zog daraus die Schlussfolgerung, dass sich das Universum ausdehnt. Es ist nicht bekannt, ob es sich immer weiter ausdehnen wird, oder ob das Universum genügend Materie besitzt, um die Galaxien durch ihre Schwerkraft zu bremsen, so dass diese wieder zusammenfallen. Siehe Kosmologie

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Klassifizierung der Galaxien

Auch bei der Betrachtung mit einem großen Teleskop erkennt man nur bei den nächstgelegenen Galaxien einzelne Sterne. Bei den meisten Galaxien wird nur das gesammelte Licht aller Sterne entdeckt. Sie weisen unterschiedliche Formen auf. Einige sind im Großen und Ganzen kugelförmig und haben einen hellen Kern. Diese werden auch elliptische Galaxien genannt und enthalten vor allem alte Sterne, wenig sichtbares Gas oder Staub und nur wenige junge Sterne. Elliptische Galaxien kommen in allen Größen vor.

Im Gegensatz dazu sind Spiralgalaxien abgeflachte Scheiben, die neben einigen alten Sternen auch große Mengen junger Sterne sowie viel Gas, Staub und Molekülwolken enthalten, aus denen Sterne entstehen. Oft sind die Gebiete mit den hellen jungen Sternen und Gaswolken in Form von langen Spiralarmen angeordnet, die sich um die Galaxie herumwinden. Gewöhnlich umgibt ein Halo aus schwachen älteren Sternen die Scheibe.

Andere scheibenförmige Galaxien, die nicht spiralförmig sind, werden als unregelmäßige Galaxien eingestuft. Diese Galaxien haben ebenfalls große Mengen an Gas, Staub und jungen Sternen, die aber nicht spiralförmig angeordnet sind. Sie befinden sich gewöhnlich in der Nähe größerer Galaxien, und ihre äußere Form ist möglicherweise das Ergebnis von Schwerkrafteinwirkungen durch diese größere Galaxie.

Quasare sind Objekte, die ähnlich wie Sterne erscheinen, aber ihre ausgeprägten Rotverschiebungen weisen sie als sehr weit entfernt aus (siehe Radioastronomie). Heute vermuten die meisten Astronomen, dass Quasare aktive Galaxien sind, deren Kerne riesige Schwarze Löcher enthalten. Sie sind möglicherweise eng verwandt mit Radiogalaxien und mit Lacertiden.

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Bestimmung außergalaktischer Entfernungen

Es ist nicht möglich, aus der Betrachtung einer Galaxie mit dem Teleskop ihre Entfernung abzuleiten, da es sich sowohl um eine riesige Galaxie in einer großen Entfernung als auch um eine kleinere Galaxie näher an der Erde handeln kann. Astronomen schätzen die Entfernungen, indem sie Helligkeit oder Größe von Objekten einer unbekannten Galaxie mit solchen in unserer Galaxie vergleichen. Die hellsten Sterne, Supernovae, Sternhaufen und Gaswolken werden dafür benutzt. Bei variablen Cepheiden (siehe Stern: Veränderliche Sterne) ändert sich die Helligkeit periodisch. Diese Himmelsobjekte sind besonders wertvoll, da die Periode der Schwankung in Beziehung zur tatsächlichen Helligkeit des Sternes steht. Durch die Beobachtung der Periode kann die wahre Helligkeit berechnet und mit der scheinbaren Helligkeit verglichen werden; daraus lässt sich die Entfernung ableiten. Eine neue Erkenntnis der Astronomen ist, dass die Geschwindigkeit der Sterne, mit der sie um das Zentrum der Galaxie kreisen, von ihrer wahren Helligkeit und der Masse der Galaxie abhängig ist. Schnell rotierende Galaxien sind extrem hell, langsam rotierende leuchten schwach.