Was ist eine Galaxie?

Wenn Sie mit einem Teleskop in den Nachthimmel blicken und über das hinausschauen, was mit bloßem Auge sichtbar ist, werden Sie viele Sterne sehen, die tatsächlich Betrüger sind. Viele dieser Lichtpunkte sind eigentlich Galaxien – Ansammlungen von Millionen bis Billionen von Sternen. Galaxien bestehen aus Sternen, Staub und dunkler Materie, die alle durch die Schwerkraft zusammengehalten werden.

Astronomen sind sich nicht sicher, wie Galaxien entstanden sind. Nach dem Urknall bestand der Weltraum fast ausschließlich aus Wasserstoff und Helium. Einige Astronomen glauben, dass die Schwerkraft Staub und Gas zusammenzog, um einzelne Sterne zu bilden, und diese Sterne zogen sich zu Sammlungen zusammen, die schließlich zu Galaxien wurden. Andere denken, dass sich die Masse dessen, was zu Galaxien werden würde, zusammengezogen hat, bevor die Sterne in ihnen geschaffen wurden. Astronomen verfeinern auch ihre Techniken zur Messung der Masse einzelner Galaxien, wie diese Studie aus dem Jahr 2018, die die dreidimensionalen Bewegungen mehrerer Galaxien nutzte, um die Masse der Milchstraße besser einzugrenzen.

Die Sonne ist einer von Milliarden von Sternen in der Milchstraße.

Die Sonne ist einer von Milliarden von Sternen in der Milchstraße.(Bildnachweis: Caltech)

Inseluniversen entdecken

In den frühen 1900er Jahren dachten viele Astronomen, dass das gesamte Universum in unserer Galaxie, der Milchstraße, liegt. Andere, wie Harlow Shapley, ein Wissenschaftler und Leiter des Harvard College Observatory, argumentierten, dass die spiralförmigen Klumpen, von denen angenommen wird, dass sie Staub und Gas sind, getrennt sind und nannten sie 'Inseluniversen'.

Es war nicht bis 1924, als Edwin Hubble identifizierte mehrere spezielle pulsierende Sterne namens Cepheiden-Variablen und erkannte, dass sie außerhalb der bekannten Spannweite der Milchstraße lagen. Diese Himmelsobjekte waren völlig einzigartige Ansammlungen von Sternen in Entfernungen weit über unsere Heimatgalaxie hinaus.

Nachdem Hubble die Entfernung zu einzelnen Galaxien gemessen hatte, fuhr er fort, ihre Dopplerverschiebung — wie viel Licht von den Galaxien aufgrund ihrer Bewegung gestreckt wurde. Er stellte fest, dass sich die Galaxien rund um die Milchstraße mit enormer Geschwindigkeit von uns entfernen. Je weiter die Galaxien entfernt sind, desto schneller fliehen sie. Aus diesem Grund konnte er feststellen, dass das Universum selbst expandieren , und Jahre später stellten Astronomen fest, dass sich die Expansion beschleunigt.

Eigenschaften der Galaxie

Die meisten Galaxien haben Schwarze Löcher in ihren Zentren, die eine enorme Energiemenge produzieren können, die Astronomen über große Entfernungen hinweg sehen können. In einigen Fällen ist das zentrale Schwarze Loch einer Galaxie sehr groß oder aktiv, selbst in relativ kleinen Galaxien. Material, das das Schwarze Loch umkreist, kann durch seine Jets nach außen beschleunigt werden. Andere Galaxien können enthalten Quasare – die energiereichsten Körper im Universum – in ihrem Kern.

Galaxien werden nach ihrer Form klassifiziert. Jeder Typ hat unterschiedliche Eigenschaften und eine andere Evolutionsgeschichte.

Einige, wie die Milchstraße, haben Arme, die sich um ihr Zentrum spiralförmig nach außen drehen. Bekannt als Spiralgalaxien , diese Gruppen bilden die meisten Galaxien, die Astronomen sehen können. Das Gas und der Staub in einer Spiralgalaxie umkreisen das Zentrum mit Geschwindigkeiten von Hunderten von Meilen pro Sekunde und erzeugen ihre Windradform. Einige, die als 'Stabspiralen' bekannt sind, haben in ihrer Mitte eine Stabstruktur, die aus Staub und Gas gebildet wird, die in die Mitte geleitet werden. Staub und Gas in Spiralgalaxien treiben ständig die Bildung neuer Sterne an.

Elliptischen Galaxien fehlen die Spiralarme ihrer extravaganteren Cousins. Ihr Erscheinungsbild reicht von kreisförmig bis sehr gestreckt. Elliptische Galaxien haben weniger Staub als ihre spiralförmigen Gegenstücke, und so ist der Sternentstehungsprozess so gut wie beendet. Die meisten ihrer Stars sind älter. Obwohl sie einen kleineren Teil der sichtbaren Galaxien ausmachen, gehen Astronomen davon aus, dass über die Hälfte der Galaxien im Universum elliptisch sind.

Die restlichen 3 Prozent der Galaxien im Universum werden als irreguläre Galaxien bezeichnet. Sie sind weder rund, noch rühmen sie sich mit spiralförmigen Armen, und ihre Formen haben keine spezifische Definition. Die Schwerkraft anderer Galaxien hat sie oft beeinflusst, sie gedehnt oder verzogen. Kollisionen oder enge Rufe mit anderen Galaxien können auch ihre Formen verformen.

Dieses Bild des Hubble-Weltraumteleskops zeigt die ganze Schönheit der nahegelegenen Spiralgalaxie M83 in einem Mosaik aus vielen zusammengefügten Fotos. Magentas und Blau zeigen Sternentstehungsregionen an. M83, auch bekannt als das südliche Windrad, befindet sich 15 Millionen Lichtjahre entfernt im Sternbild Hydra. Bild veröffentlicht im Januar 2014.

Wenn Galaxien kollidieren

Galaxien schweben nicht isoliert durch den Weltraum, sondern sind in Gruppen zusammengefasst, die als Cluster bekannt sind. Einige Haufen sind groß und enthalten über tausend Galaxien, während andere viel kleiner sind. Die Milchstraße liegt innerhalb des Clusters, der als Lokale Gruppe bekannt ist und nur 50 Galaxien enthält.

Gelegentlich prallen Galaxien ineinander und verschmelzen ihre Sterne und ihren Staub. Dies ist ein wichtiger Schritt in der Entwicklung und dem Wachstum vieler Galaxien. Ende 2018 veröffentlichten Astronomen eine Studie, die zeigt, dass zwei supermassive Schwarze Löcher in den letzten Stadien eines galaktischen Zusammenstoßes aufeinanderprallen.

Einzelne Sterne kollidieren bei einer galaktischen Kollision im Allgemeinen nicht, aber der Einstrom von Staub und Gas erhöht die Sternentstehungsrate. Die Milchstraße wird in etwa 5 Milliarden Jahren mit der Andromeda-Galaxie kollidieren, und auch in ihrer alten Vergangenheit gab es Kollisionen; seine markante Ausbuchtung kann sich nach dem Verzehr einer wurstförmigen Galaxie entwickelt haben. Um nicht zu übertreffen, hat die Andromeda-Galaxie wahrscheinlich auch eines der frühen Geschwister der Milchstraße aufgefressen.

Neue Galaxienforschung

In den letzten Jahren haben Astronomen Galaxien verfolgt und wie ihre Entwicklung durch Dunkle Materie geprägt wird, eine Substanz, die mit herkömmlicher Teleskoptechnologie nicht wahrgenommen werden kann. Man nimmt an, dass Dunkle Materie und Dunkle Energie zusammen den größten Teil der Masse und Energie des Universums ausmachen, aber ihre Existenz ist schwer zu beweisen, da wir sie nur durch ihre Auswirkungen auf konventionellere Objekte wie Galaxien sehen können.

Im Jahr 2017 fanden Astronomen zwei riesige Galaxien aus dem alten Universum, die in einem Meer aus dunkler Materie entstanden sind. Die außergewöhnlich große Größe der Galaxien lässt Wissenschaftler sich fragen, ob sie im Laufe der Zeit allmählich größer wurden oder ob ein anderer Prozess dafür verantwortlich sein könnte. Nur wenige Monate nach dieser Entdeckung fanden Astronomen auch eine Gruppe von Galaxien, die synchron miteinander umkreisten, in einem Muster, das durch dunkle Materie erklärt werden kann.

Aber im Jahr 2018 stellte eine Gruppe von Forschern die Theorie der Dunklen Materie in Frage, als sie entdeckten, dass eine Galaxie namens NGC 1052-DF2 etwa 400-mal weniger Dunkle Materie hat, als Modelle für ein Objekt dieser Größe vorhersagen würden, was auch galaktische Evolutionsmodelle verändern könnte. Die Ergebnisse der Studie sind jedoch umstritten und werden noch diskutiert.

Regelmäßige galaktische Durchmusterungen mit immer fortschrittlicherer Technologie haben es Wissenschaftlern ermöglicht, Galaxien zu identifizieren, die zuvor zu schwach waren, um sie zu sehen, und mehr über die galaktische Entwicklung, Größe und Form zu erfahren. Im Jahr 2017 enthüllte beispielsweise das Instrument Multi Unit Spectroscopic Explorer (MUSE) am Very Large Telescope des European Southern Observatory eine Gruppe von 72 Galaxien, die sich in Sichtweite versteckten.

Im Jahr 2018 gelang es einem Bild des Hubble-Weltraumteleskops, etwa 15.000 Galaxien zu stopfen, was ein reichhaltiges Jagdgebiet für zukünftige galaktische Studien darstellt. Und im selben Jahr wurden Hunderte von Galaxien hinter einem superenergetischen Schwarzen Loch gefunden, das zuvor ihre Anwesenheit verdeckte.

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